Recent studies have shown that 2D convolution and self-attention exhibit distinct spectral behaviors, and optimizing their spectral properties can enhance vision model performance. However, theoretical analyses remain limited in explaining why 2D convolution is more effective in high-pass filtering than self-attention and why larger kernels favor shape bias, akin to self-attention. In this paper, we employ graph spectral analysis to theoretically simulate and compare the frequency responses of 2D convolution and self-attention within a unified framework. Our results corroborate previous empirical findings and reveal that node connectivity, modulated by window size, is a key factor in shaping spectral functions. Leveraging this insight, we introduce a \textit{spectral-adaptive modulation} (SPAM) mixer, which processes visual features in a spectral-adaptive manner using multi-scale convolutional kernels and a spectral re-scaling mechanism to refine spectral components. Based on SPAM, we develop SPANetV2 as a novel vision backbone. Extensive experiments demonstrate that SPANetV2 outperforms state-of-the-art models across multiple vision tasks, including ImageNet-1K classification, COCO object detection, and ADE20K semantic segmentation.


翻译:近期研究表明,二维卷积与自注意力机制展现出不同的频谱特性,优化其频谱属性能够提升视觉模型的性能。然而,现有理论分析在解释为何二维卷积在高通滤波方面比自注意力更有效,以及为何更大的卷积核更倾向于形状偏置(类似于自注意力)方面仍显不足。本文采用图谱分析理论,在统一框架内对二维卷积与自注意力的频率响应进行了理论模拟与比较。我们的结果验证了先前的实证发现,并揭示了由窗口大小调制的节点连接性是塑造频谱函数的关键因素。基于这一见解,我们提出了一种\textit{谱自适应调制}(SPAM)混合器,该混合器利用多尺度卷积核以谱自适应方式处理视觉特征,并通过谱重缩放机制优化频谱分量。基于SPAM,我们开发了SPANetV2作为新型视觉骨干网络。大量实验表明,SPANetV2在多项视觉任务中均优于最先进的模型,包括ImageNet-1K图像分类、COCO目标检测以及ADE20K语义分割。

0
下载
关闭预览

相关内容

在数学(特别是功能分析)中,卷积是对两个函数(f和g)的数学运算,产生三个函数,表示第一个函数的形状如何被另一个函数修改。 卷积一词既指结果函数,又指计算结果的过程。 它定义为两个函数的乘积在一个函数反转和移位后的积分。 并针对所有shift值评估积分,从而生成卷积函数。
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
12+阅读 · 2024年4月16日
Arxiv
29+阅读 · 2022年3月28日
Domain Representation for Knowledge Graph Embedding
Arxiv
14+阅读 · 2019年9月11日
Arxiv
17+阅读 · 2019年3月28日
VIP会员
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员