Purpose: A fundamental problem in designing safe machine learning systems is identifying when samples presented to a deployed model differ from those observed at training time. Detecting so-called out-of-distribution (OoD) samples is crucial in safety-critical applications such as robotically-guided retinal microsurgery, where distances between the instrument and the retina are derived from sequences of 1D images that are acquired by an instrument-integrated optical coherence tomography (iiOCT) probe. Methods: This work investigates the feasibility of using an OoD detector to identify when images from the iiOCT probe are inappropriate for subsequent machine learning-based distance estimation. We show how a simple OoD detector based on the Mahalanobis distance can successfully reject corrupted samples coming from real-world ex-vivo porcine eyes. Results: Our results demonstrate that the proposed approach can successfully detect OoD samples and help maintain the performance of the downstream task within reasonable levels. MahaAD outperformed a supervised approach trained on the same kind of corruptions and achieved the best performance in detecting OoD cases from a collection of iiOCT samples with real-world corruptions. Conclusion: The results indicate that detecting corrupted iiOCT data through OoD detection is feasible and does not need prior knowledge of possible corruptions. Consequently, MahaAD could aid in ensuring patient safety during robotically-guided microsurgery by preventing deployed prediction models from estimating distances that put the patient at risk.


翻译:摘要:设计安全的机器学习系统的一个基本问题是识别在训练时观察到的样本与部署模型时出现的样本的差异。检测所述的离群样本是关键的在安全关键应用程序如机器人引导下的视网膜微创手术中,其中来自集成光学相干断层扫描(iiOCT)探针的1D图像序列导出仪器和视网膜间的距离。方法:本文研究了使用离群检测器来识别来自iiOCT探针的图像为随后的基于机器学习的距离估计不适当的可能性。我们展示了如何使用基于马氏距离的简单离群检测器成功拒绝来自真实世界的离体猪眼的损坏样本。结果:我们的结果表明,所提出的方法可以成功检测离群样本并帮助将下游任务的性能保持在合理的水平。MahaAD outperformed与相同类型的破坏训练的监督方法相比,在检测来自真实世界的毁坏的iiOCT样本方面,实现了最佳性能。结论:结果表明,通过离群检测来检测毁坏的iiOCT数据是可行的,并且不需要先前对可能的毁坏进行了解。因此,MahaAD可以防止部署的预测模型估计会使患者处于危险之中的距离,从而有助于在机器人引导的微创手术过程中确保患者的安全。

0
下载
关闭预览

相关内容

专知会员服务
33+阅读 · 2021年9月16日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1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
42+阅读 · 2019年1月3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
11+阅读 · 2018年3月15日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Generalized Out-of-Distribution Detection: A Survey
Arxiv
15+阅读 · 2021年10月21日
Arxiv
38+阅读 · 2021年8月31日
Object Detection in 20 Years: A Survey
Arxiv
48+阅读 · 2019年5月13日
VIP会员
相关VIP内容
专知会员服务
33+阅读 · 2021年9月16日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012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
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