The capability of Deep Neural Networks (DNNs) to recognize objects in orientations outside the distribution of the training data, ie. out-of-distribution (OoD) orientations, is not well understood. For humans, behavioral studies showed that recognition accuracy varies across OoD orientations, where generalization is much better for some orientations than for others. In contrast, for DNNs, it remains unknown how generalization abilities are distributed among OoD orientations. In this paper, we investigate the limitations of DNNs' generalization capacities by systematically inspecting patterns of success and failure of DNNs across OoD orientations. We use an intuitive and controlled, yet challenging learning paradigm, in which some instances of an object category are seen at only a few geometrically restricted orientations, while other instances are seen at all orientations. The effect of data diversity is also investigated by increasing the number of instances seen at all orientations in the training set. We present a comprehensive analysis of DNNs' generalization abilities and limitations for representative architectures (ResNet, Inception, DenseNet and CORnet). Our results reveal an intriguing pattern -- DNNs are only capable of generalizing to instances of objects that appear like 2D, ie. in-plane, rotations of in-distribution orientations.


翻译:深神经网络(Deep Neal Networks)在培训数据发布之外识别定向对象的能力,即分配外(OoD)方向,并没有得到很好理解。对于人类来说,行为研究表明,不同OoD方向的识别准确度不同,对于某些方向而言,一般化程度比其他方向要好得多。相比之下,对于DNW而言,一般化能力在OOD方向之间的分布仍然不清楚。在本文件中,我们通过系统地检查DNNs在OOD方向之间的成功和失败模式,来调查DNs一般化能力的限制。我们使用直观和控制但具有挑战性的学习模式,在这种模式中,某些对象类别的识别准确度在OOD方向上各有不同,而另一些情况则在所有方向上都有不同。数据多样性的影响也通过增加在培训中所有方向上看到的情况来调查。我们全面分析DNNSs对代表性结构(ResNet、Invition、DenseNet和CORnet)的概括化能力和局限性。我们的结果显示的是,在一般的D- Strealiming views in as in pralturning views ins of views.

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