Deep neural networks for computer vision are deployed in increasingly safety-critical and socially-impactful applications, motivating the need to close the gap in model performance under varied, naturally occurring imaging conditions. Robustness, ambiguously used in multiple contexts including adversarial machine learning, refers here to preserving model performance under naturally-induced image corruptions or alterations. We perform a systematic review to identify, analyze, and summarize current definitions and progress towards non-adversarial robustness in deep learning for computer vision. We find this area of research has received disproportionately less attention relative to adversarial machine learning, yet a significant robustness gap exists that manifests in performance degradation similar in magnitude to adversarial conditions. Toward developing a more transparent definition of robustness, we provide a conceptual framework based on a structural causal model of the data generating process and interpret non-adversarial robustness as pertaining to a model's behavior on corrupted images corresponding to low-probability samples from the unaltered data distribution. We identify key architecture-, data augmentation-, and optimization tactics for improving neural network robustness. This robustness perspective reveals that common practices in the literature correspond to causal concepts. We offer perspectives on how future research may mind this evident and significant non-adversarial robustness gap.


翻译:计算机视觉的深神经网络部署在日益安全的关键和社会影响越来越大的应用程序中,促使需要缩小在各种自然发生的成像条件下模型性能的差距。强健(在包括对抗性机器学习在内的多种情况下使用含糊不清)是指在自然引发的图像腐败或改变情况下保持模型性能。我们进行系统审查,以查明、分析和总结当前定义和在深层次计算机视觉的深层次学习中朝着非对抗性强力方向取得的进展。我们发现,与对抗性机器学习相比,这一研究领域得到的注意不成比例地少,但明显的稳健差距表现在性能退化与对抗性条件相似的程度上。为了制定更透明的强健性定义,我们提供了一个基于数据生成过程结构性因果模型的概念框架,并将非对抗性稳健性解释为与模型的行为相对应,与未改变性数据分布的低概率样本相对应。我们发现,这一研究领域在改善神经网络的稳健性方面的关键结构、数据增强和优化策略,但存在显著的稳健性差距。这一观点表明,文献中的常见做法与因果关系概念相符。我们提出了关于未来研究如何明显地进行对抗性研究的观点。

0
下载
关闭预览

相关内容

100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
161+阅读 · 2020年3月18日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
168+阅读 · 2019年10月11日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
77+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
99+阅读 · 2019年10月9日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
IEEE ICKG 2022: Call for Papers
机器学习与推荐算法
3+阅读 · 2022年3月30日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium9
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月17日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium8
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月16日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium7
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月15日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium4
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月10日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
25+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年1月26日
Arxiv
19+阅读 · 2022年7月29日
Arxiv
16+阅读 · 2021年7月18日
Arxiv
20+阅读 · 2020年6月8日
Arxiv
12+阅读 · 2019年3月14日
VIP会员
相关资讯
IEEE ICKG 2022: Call for Papers
机器学习与推荐算法
3+阅读 · 2022年3月30日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium9
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年12月17日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium8
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月16日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium7
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月15日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium4
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月10日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
25+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
相关基金
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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员