自监督学习（十三）Split-Brain Autoencoders: Unsupervised Learning by Cross-Channel Prediction

Introduction

本文的作者和博客自监督学习（七）Colorful Image Colorization介绍论文的作者是同一批人，本文作者依然借鉴了很多图像上色的思路。论文主要的创新点是提出了一种“Cross Channel”的自动编码器，作者把传统的自动编码器拆解为两个自网络，分别完成两个不同的任务，比如一个负责图像上色中的L->(ab)任务，另一个负责(ab)->L的任务。论文地址。

Method

Cross Channel Encoders

个人认为，本文的研究思路还是延续了作者上一篇自动上色的文章，在上一篇文章中，作者利用分类的方法预测图像的颜色：L->ab。在这篇文章中，作者继续深入研究，发现只有L->ab还不行，还应该有ab->L啊，所以就有了本文介绍得到Cross Channel自编码器。作者将输入图像$X$分为两部分$X_1,X_2$，子编码网络分别为$F_1,F_2$。以$X_1$数据为例，该方法的目的是利用$X_1$预测$X_2$的值$X_2$， 对于$X_2$也是如此。
尽管以上的任务和图像上色非常的契合，但是实际上也可以用于其他的pretext tasks。在这一过程可以用下面的式子表示：
当然也可以使用分类来表示：

Split-Brain Autoencoders as Aggregated Cross Channel Encoders

根据以上的描述，该任务的优化过程可以写成如下的形式：

作者在这里还探讨了损失函数和预测任务的不同形式，从而可以组成不同的学习范式。
首先，损失函数可以有不同的形式，既可以使用回归的形式，也可以使用分类的形式，还可以任意增加任务的数量：

另外，作者还探讨了不同任务的聚合方式。介绍几种比较重要的，其他的可以看原文：

1. Split-Brain Autoencoder (cl,cl) ：这是作者最终使用的方法，该方法把$F_1$看做是一个从L到ab的分类任务，把$F_2$从ab到L的预测任务
   
2. Split-Brain Autoencoder (reg,reg)：这个方法和第一个基本相同，唯一的不同是上色的损失函数是L2损失函数。
3. (L,ab,Lab)->(ab,L,Lab):就是上一部分公式5中讨论的加了一个新任务的情况

Experiments

在实验阶段，作者使用三个数据集验证该方法作为自监督模型的效果，分别为在ImageNet数据集上验证线性分类效果，在Place数据机上验证分类效果，在VOC 07数据集上验证分类、检测和分割效果。

ImageNet Classification

在ImageNet数据集上，作者固定卷积神经网络，从特定的卷积层中获取特征训练线性分类器，从而评估该方法提取特征的泛化能力，实验结果如下表所示：

可以看出，本文的方法仅次于使用强监督训练的方法，在自监督的方法中取得了最好的效果。

Place Classification

在Place的分类效果如下：

Pascal VOC 07

作者在VOC07数据集上，验证了该方法在分类检测分割上的效果：

这个效果就不是很好了，而且从实验结果上来看，这个方法很有可能是在分类任务上更有优势。

Conclusion

总体来说，作者提出的方法还是有一定的效果的，而且方法比较有意思。