我们对最近的自我和半监督ML技术进行严格的评估，从而利用未标记的数据来改善下游任务绩效，以河床分割的三个遥感任务，陆地覆盖映射和洪水映射。这些方法对于遥感任务特别有价值，因为易于访问未标记的图像，并获得地面真理标签通常可以昂贵。当未标记的图像（标记数据集之外）提供培训时，我们量化性能改进可以对这些遥感分割任务进行期望。我们还设计实验以测试这些技术的有效性，当测试集相对于训练和验证集具有域移位时。

自我监督的方法在计算机视野领域表现出巨大的成功，包括在遥感和医学成像中的应用。最流行的基于损坏的方法，例如SIMCLR，MOCO，MOCO-V2，通过在图像上应用人为的增强来创建正对并将其与负面示例进行对比，从而使用同一图像的多个视图。尽管这些技术运行良好，但大多数这些技术都在ImageNet（以及类似的计算机视觉数据集）上进行了调整。尽管有一些尝试捕获积极样本中更丰富的变形集，但在这项工作中，我们探索了一种有希望的替代方法，可以在对比度学习框架内为遥感数据生成积极的示例。可以将来自同一位置的不同传感器捕获的图像可以被认为是同一场景的强烈增强实例，从而消除了探索和调整一套手工制作的强大增强的需求。在本文中，我们提出了一个简单的双编码框架，该框架已在Sentinel-1和Sentinel-2图像对的大型未标记数据集（〜1m）上进行了预训练。我们测试了两个遥感下游任务的嵌入：洪水分割和土地覆盖映射，并从经验上表明，从该技术中学到的嵌入优于通过积极的数据增强来收集积极示例的传统技术。

在深度学习研究中，自学学习（SSL）引起了极大的关注，引起了计算机视觉和遥感社区的兴趣。尽管计算机视觉取得了很大的成功，但SSL在地球观测领域的大部分潜力仍然锁定。在本文中，我们对在遥感的背景下为计算机视觉的SSL概念和最新发展提供了介绍，并回顾了SSL中的概念和最新发展。此外，我们在流行的遥感数据集上提供了现代SSL算法的初步基准，从而验证了SSL在遥感中的潜力，并提供了有关数据增强的扩展研究。最后，我们确定了SSL未来研究的有希望的方向的地球观察（SSL4EO），以铺平了两个领域的富有成效的相互作用。

Jitendra Malik once said, "Supervision is the opium of the AI researcher". Most deep learning techniques heavily rely on extreme amounts of human labels to work effectively. In today's world, the rate of data creation greatly surpasses the rate of data annotation. Full reliance on human annotations is just a temporary means to solve current closed problems in AI. In reality, only a tiny fraction of data is annotated. Annotation Efficient Learning (AEL) is a study of algorithms to train models effectively with fewer annotations. To thrive in AEL environments, we need deep learning techniques that rely less on manual annotations (e.g., image, bounding-box, and per-pixel labels), but learn useful information from unlabeled data. In this thesis, we explore five different techniques for handling AEL.

监管基于深度学习的方法，产生医学图像分割的准确结果。但是，它们需要大量标记的数据集，并获得它们是一种艰苦的任务，需要临床专业知识。基于半/自我监督的学习方法通​​过利用未标记的数据以及有限的注释数据来解决此限制。最近的自我监督学习方法使用对比损失来从未标记的图像中学习良好的全球层面表示，并在像想象网那样的流行自然图像数据集上实现高性能。在诸如分段的像素级预测任务中，对于学习良好的本地级别表示以及全局表示来说至关重要，以实现更好的准确性。然而，现有的局部对比损失的方法的影响仍然是学习良好本地表现的限制，因为类似于随机增强和空间接近定义了类似和不同的局部区域;由于半/自我监督设置缺乏大规模专家注释，而不是基于当地地区的语义标签。在本文中，我们提出了局部对比损失，以便通过利用从未标记的图像的未标记图像的伪标签获得的语义标签信息来学习用于分割的良好像素级别特征。特别地，我们定义了建议的损失，以鼓励具有相同伪标签/标签的像素的类似表示，同时与数据集中的不同伪标签/标签的像素的表示。我们通过联合优化标记和未标记的集合和仅限于标记集的分割损失，通过联合优化拟议的对比损失来进行基于伪标签的自培训和培训网络。我们在三个公共心脏和前列腺数据集上进行了评估，并获得高分割性能。

This work tackles the problem of semi-supervised learning of image classifiers. Our main insight is that the field of semi-supervised learning can benefit from the quickly advancing field of self-supervised visual representation learning. Unifying these two approaches, we propose the framework of self-supervised semi-supervised learning (S 4 L) and use it to derive two novel semi-supervised image classification methods. We demonstrate the effectiveness of these methods in comparison to both carefully tuned baselines, and existing semi-supervised learning methods. We then show that S 4 L and existing semi-supervised methods can be jointly trained, yielding a new state-of-the-art result on semi-supervised ILSVRC-2012 with 10% of labels.

与现场测量相比，遥感益处可以通过使大面积的监控更容易地进行栖息地保护，尤其是在可以自动分析遥感数据的情况下。监测的一个重要方面是对受监视区域中存在的栖息地类型进行分类和映射。自动分类是一项艰巨的任务，因为课程具有细粒度的差异，并且它们的分布是长尾巴且不平衡的。通常，用于自动土地覆盖分类的培训数据取决于完全注释的分割图，从遥感的图像到相当高的分类学，即森林，农田或市区等类别。自动栖息地分类的挑战是可靠的数据注释需要现场策略。因此，完整的分割图的生产成本很高，训练数据通常很稀疏，类似点，并且仅限于可以步行访问的区域。需要更有效地利用这些有限数据的方法。我们通过提出一种栖息地分类和映射的方法来解决这些问题，并应用此方法将整个芬兰拉普兰北部地区分类为Natura2000类。该方法的特征是使用从现场收集的细粒，稀疏，单像素注释，并与大量未经通知的数据结合在一起来产生分割图。比较了监督，无监督和半监督的方法，并证明了从较大的室外数据集中转移学习的好处。我们提出了一个\ ac {cnn}偏向于中心像素分类，与随机的森林分类器结合使用，该分类器比单独的模型本身产生更高的质量分类。我们表明，增加种植，测试时间的增加和半监督的学习可以进一步帮助分类。

部署在野外的机器学习系统通常在源分布上培训，但部署在不同的目标分布上。未标记的数据可以是用于缓解这些分布班次的强大的利用点，因为它通常比标记数据更具可用。然而，未标记数据的现有分配转换基准不反映现实世界应用中出现的方案的广度。在这项工作中，我们介绍了Wilds 2.0更新，该更新在分发转移的野外基准中扩展了10个数据集中的8个，以包括将在部署中逼真获得的策划未标记数据。为了保持一致性，标记的培训，验证和测试集以及评估度量与原始野外基准中的标记与评估度量完全相同。这些数据集涵盖了广泛的应用程序（从组织学到野生动物保护），任务（分类，回归和检测）和方式（照片，卫星图像，显微镜载玻片，文本，分子图）。我们系统地基准测试最先进的方法，可以利用未标记的数据，包括域不变，自我培训和自我监督方法，并表明他们在野外的成功2.0是有限的。为了方便方法开发和评估，我们提供了一个自动化数据加载的开源包，并包含本文中使用的所有模型架构和方法。代码和排行榜可在https://wilds.stanford.edu获得。

深度学习已成为火星探索的强大工具。火星地形细分是一项重要的火星愿景任务，它是漫游者自动计划和安全驾驶的基础。但是，现有的基于深度学习的地形细分方法遇到了两个问题：一个是缺乏足够的详细和高信心注释，另一个是模型过度依赖于注释的培训数据。在本文中，我们从联合数据和方法设计的角度解决了这两个问题。我们首先提出了一个新的火星地形细分数据集，该数据集包含6K高分辨率图像，并根据置信度稀疏注释，以确保标签的高质量。然后从这些稀疏的数据中学习，我们为火星地形细分的基于表示的学习框架，包括一个自我监督的学习阶段（用于预训练）和半监督的学习阶段（用于微调）。具体而言，对于自我监督的学习，我们设计了一个基于掩盖图像建模（MIM）概念的多任务机制，以强调图像的纹理信息。对于半监督的学习，由于我们的数据集很少注释，因此我们鼓励该模型通过在线生成和利用伪标签来挖掘每个图像中未标记的区域的信息。我们将数据集和方法命名为MARS（S $^{5} $ MARS）的自我监督和半监督分割。实验结果表明，我们的方法可以超越最先进的方法，并通过很大的边距提高地形分割性能。

We introduce Bootstrap Your Own Latent (BYOL), a new approach to self-supervised image representation learning. BYOL relies on two neural networks, referred to as online and target networks, that interact and learn from each other. From an augmented view of an image, we train the online network to predict the target network representation of the same image under a different augmented view. At the same time, we update the target network with a slow-moving average of the online network. While state-of-the art methods rely on negative pairs, BYOL achieves a new state of the art without them. BYOL reaches 74.3% top-1 classification accuracy on ImageNet using a linear evaluation with a ResNet-50 architecture and 79.6% with a larger ResNet. We show that BYOL performs on par or better than the current state of the art on both transfer and semi-supervised benchmarks. Our implementation and pretrained models are given on GitHub. 3 * Equal contribution; the order of first authors was randomly selected.

监督的深度学习模型取决于大量标记的数据。不幸的是，收集和注释包含所需更改的零花态样本是耗时和劳动密集型的。从预训练模型中转移学习可有效减轻遥感（RS）变化检测（CD）中标签不足。我们探索在预训练期间使用语义信息的使用。不同于传统的监督预训练，该预训练从图像到标签，我们将语义监督纳入了自我监督的学习（SSL）框架中。通常，多个感兴趣的对象（例如，建筑物）以未经切割的RS图像分布在各个位置。我们没有通过全局池操纵图像级表示，而是在每个像素嵌入式上引入点级监督以学习空间敏感的特征，从而使下游密集的CD受益。为了实现这一目标，我们通过使用语义掩码在视图之间的重叠区域上通过类平衡的采样获得了多个点。我们学会了一个嵌入式空间，将背景和前景点分开，并将视图之间的空间对齐点齐聚在一起。我们的直觉是导致的语义歧视性表示与无关的变化不变（照明和无关紧要的土地覆盖）可能有助于改变识别。我们在RS社区中免费提供大规模的图像面罩，用于预训练。在三个CD数据集上进行的大量实验验证了我们方法的有效性。我们的表现明显优于Imagenet预训练，内域监督和几种SSL方法。经验结果表明我们的预训练提高了CD模型的概括和数据效率。值得注意的是，我们使用20％的培训数据获得了比基线（随机初始化）使用100％数据获得竞争结果。我们的代码可用。

This paper presents SimCLR: a simple framework for contrastive learning of visual representations. We simplify recently proposed contrastive selfsupervised learning algorithms without requiring specialized architectures or a memory bank. In order to understand what enables the contrastive prediction tasks to learn useful representations, we systematically study the major components of our framework. We show that (1) composition of data augmentations plays a critical role in defining effective predictive tasks, (2) introducing a learnable nonlinear transformation between the representation and the contrastive loss substantially improves the quality of the learned representations, and (3) contrastive learning benefits from larger batch sizes and more training steps compared to supervised learning. By combining these findings, we are able to considerably outperform previous methods for self-supervised and semi-supervised learning on ImageNet. A linear classifier trained on self-supervised representations learned by Sim-CLR achieves 76.5% top-1 accuracy, which is a 7% relative improvement over previous state-ofthe-art, matching the performance of a supervised ResNet-50. When fine-tuned on only 1% of the labels, we achieve 85.8% top-5 accuracy, outperforming AlexNet with 100× fewer labels. 1

Semi-supervised learning (SSL) has made significant strides in the field of remote sensing. Finding a large number of labeled datasets for SSL methods is uncommon, and manually labeling datasets is expensive and time-consuming. Furthermore, accurately identifying remote sensing satellite images is more complicated than it is for conventional images. Class-imbalanced datasets are another prevalent phenomenon, and models trained on these become biased towards the majority classes. This becomes a critical issue with an SSL model's subpar performance. We aim to address the issue of labeling unlabeled data and also solve the model bias problem due to imbalanced datasets while achieving better accuracy. To accomplish this, we create "artificial" labels and train a model to have reasonable accuracy. We iteratively redistribute the classes through resampling using a distribution alignment technique. We use a variety of class imbalanced satellite image datasets: EuroSAT, UCM, and WHU-RS19. On UCM balanced dataset, our method outperforms previous methods MSMatch and FixMatch by 1.21% and 0.6%, respectively. For imbalanced EuroSAT, our method outperforms MSMatch and FixMatch by 1.08% and 1%, respectively. Our approach significantly lessens the requirement for labeled data, consistently outperforms alternative approaches, and resolves the issue of model bias caused by class imbalance in datasets.

Human observers can learn to recognize new categories of images from a handful of examples, yet doing so with artificial ones remains an open challenge. We hypothesize that data-efficient recognition is enabled by representations which make the variability in natural signals more predictable. We therefore revisit and improve Contrastive Predictive Coding, an unsupervised objective for learning such representations. This new implementation produces features which support state-of-theart linear classification accuracy on the ImageNet dataset. When used as input for non-linear classification with deep neural networks, this representation allows us to use 2-5× less labels than classifiers trained directly on image pixels. Finally, this unsupervised representation substantially improves transfer learning to object detection on the PASCAL VOC dataset, surpassing fully supervised pre-trained ImageNet classifiers.

Transfer Learning methods are widely used in satellite image segmentation problems and improve performance upon classical supervised learning methods. In this study, we present a semantic segmentation method that allows us to make land cover maps by using transfer learning methods. We compare models trained in low-resolution images with insufficient data for the targeted region or zoom level. In order to boost performance on target data we experiment with models trained with unsupervised, semi-supervised and supervised transfer learning approaches, including satellite images from public datasets and other unlabeled sources. According to experimental results, transfer learning improves segmentation performance 3.4% MIoU (Mean Intersection over Union) in rural regions and 12.9% MIoU in urban regions. We observed that transfer learning is more effective when two datasets share a comparable zoom level and are labeled with identical rules; otherwise, semi-supervised learning is more effective by using the data as unlabeled. In addition, experiments showed that HRNet outperformed building segmentation approaches in multi-class segmentation.

哥内克人Sentinel Imagery的纯粹卷的可用性为使用深度学习的大尺度创造了新的土地利用陆地覆盖（Lulc）映射的机会。虽然在这种大型数据集上培训是一个非琐碎的任务。在这项工作中，我们试验Lulc Image分类和基准不同最先进模型的Bigearthnet数据集，包括卷积神经网络，多层感知，视觉变压器，高效导通和宽残余网络（WRN）架构。我们的目标是利用分类准确性，培训时间和推理率。我们提出了一种基于用于网络深度，宽度和输入数据分辨率的WRNS复合缩放的高效导通的框架，以有效地训练和测试不同的模型设置。我们设计一种新颖的缩放WRN架构，增强了有效的通道注意力机制。我们提出的轻量级模型具有较小的培训参数，实现所有19个LULC类的平均F分类准确度达到4.5％，并且验证了我们使用的resnet50最先进的模型速度快两倍作为基线。我们提供超过50种培训的型号，以及我们在多个GPU节点上分布式培训的代码。

由于缺乏大规模标记的3D数据集，大多数3D神经网络都是从划痕训练。在本文中，我们通过利用来自丰富的2D数据集学习的2D网络来介绍一种新的3D预预测方法。我们提出了通过将像素级和点级别特征映射到同一嵌入空间中的对比度的像素到点知识转移来有效地利用2D信息。由于2D和3D网络之间的异构性质，我们介绍了后投影功能以对准2D和3D之间的功能以使转移成为可能。此外，我们设计了一个上采样功能投影层，以增加高级2D特征图的空间分辨率，这使得能够学习细粒度的3D表示。利用普雷累染的2D网络，所提出的预介绍过程不需要额外的2D或3D标记数据，进一步缓解了昂贵的3D数据注释成本。据我们所知，我们是第一个利用现有的2D培训的权重，以预先rain 3D深度神经网络。我们的密集实验表明，使用2D知识预订的3D模型可以通过各种真实世界3D下游任务进行3D网络的性能。

作物现场边界有助于映射作物类型，预测产量，并向农民提供现场级分析。近年来，已经看到深深学习的成功应用于划定工业农业系统中的现场边界，但由于（1）需要高分辨率卫星图像的小型字段来解除界限和（2）缺乏（2）缺乏用于模型培训和验证的地面标签。在这项工作中，我们结合了转移学习和弱监督来克服这些挑战，我们展示了在印度的成功方法，我们有效地产生了10,000个新的场地标签。我们最好的型号使用1.5亿分辨率的空中客车现货图像作为投入，预先列进法国界限的最先进的神经网络，以及印度标签上的微调，以实现0.86的联盟（iou）中位数交叉口在印度。如果使用4.8M分辨率的行星扫描图像，最好的模型可以实现0.72的中位数。实验还表明，法国的预训练减少了所需的印度现场标签的数量，以便在数据集较小时尽可能多地实现给定的性能水平。这些发现表明我们的方法是划定当前缺乏现场边界数据集的世界区域中的裁剪领域的可扩展方法。我们公开发布了10,000个标签和描绘模型，以方便社区创建现场边界地图和新方法。

半监督的学习技术由于其有效的建筑模型能力，即使有稀缺的标记数据可用，它们也在受欢迎程度。在本文中，我们提出了一个框架和特定任务，用于\ textit {multichannel}模型的自我监督预处理，例如多光谱和合成孔径雷达图像的融合。我们表明，拟议的自我监督方法非常有效地学习与土地覆盖分类标签相关的特征。这是通过预处理任务的明确设计来实现的，该任务促进了感应方式之间的差距和利用输入的光谱特征。在半监督的环境中，如果有限的标签可用，则使用拟议的自我监督预审议，然后使用SAR和多光谱数据进行监督的填充，以进行土地覆盖分类，以优于纯粹监督的学习，例如纯监督的学习，来自Imagenet和ImageNet和Imagenet和Imagenet和Imagenet和Imagenet和ImageNet培训的初始化其他最近的自我监督方法。

我们开发了一个基于深度学习的卷积回归模型，该模型估计了土壤顶部〜5 cm中的体积土壤水分含量。输入预测因子包括Sentinel-1（活动雷达），Sentinel-2（光学图像）和SMAP（被动雷达），以及来自GLDAS的土壤格林和建模土壤水分领域的地球物理变量。该模型在2015年至2021年期间对全球约1300个原位传感器的数据进行了训练和评估，并获得了0.727的平均每传感器相关性为0.727，UBRMSE为0.054，可用于在名义上生产土壤水分图。320m分辨率。这些结果是针对不同位置的其他13个土壤水分厂进行基准测试的，并使用消融研究来识别重要的预测因子。