Deep neural networks lack interpretability and tend to be overconfident, which poses a serious problem in safety-critical applications like autonomous driving, medical imaging, or machine vision tasks with high demands on reliability. Quantifying the predictive uncertainty is a promising endeavour to open up the use of deep neural networks for such applications. Unfortunately, current available methods are computationally expensive. In this work, we present a novel approach for efficient and reliable uncertainty estimation which we call Deep Uncertainty Distillation using Ensembles for Segmentation (DUDES). DUDES applies student-teacher distillation with a Deep Ensemble to accurately approximate predictive uncertainties with a single forward pass while maintaining simplicity and adaptability. Experimentally, DUDES accurately captures predictive uncertainties without sacrificing performance on the segmentation task and indicates impressive capabilities of identifying wrongly classified pixels and out-of-domain samples on the Cityscapes dataset. With DUDES, we manage to simultaneously simplify and outperform previous work on Deep Ensemble-based Uncertainty Distillation.


翻译:深度神经网络缺乏可解释性,并且往往过于自信,这在安全关键应用中产生了严重的问题,例如自动驾驶、医学影像或具有高可靠性需求的机器视觉任务。量化预测不确定性是一个有前途的努力,以开放深度神经网络在这些应用中的使用。不幸的是,当前可用的方法计算成本很高。在这项工作中,我们提出了一种称为“深度不确定性蒸馏”的新方法,该方法使用Deep Ensemble进行学生-教师蒸馏,以在单个正向传递过程中准确近似预测不确定性,同时保持简单和适应性。实验结果表明,DUDES在不影响分段任务性能的情况下准确捕获了预测不确定性,并在Cityscapes数据集上表明了识别错误分类的像素和超出领域的样本的卓越能力。通过DUDES,我们成功简化了并超过了先前基于Deep Ensemble的不确定性蒸馏工作。

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