Visual object recognition systems need to generalize from a set of 2D training views to novel views. The question of how the human visual system can generalize to novel views has been studied and modeled in psychology, computer vision, and neuroscience. Modern deep learning architectures for object recognition generalize well to novel views, but the mechanisms are not well understood. In this paper, we characterize the ability of common deep learning architectures to generalize to novel views. We formulate this as a supervised classification task where labels correspond to unique 3D objects and examples correspond to 2D views of the objects at different 3D orientations. We consider three common models of generalization to novel views: (i) full 3D generalization, (ii) pure 2D matching, and (iii) matching based on a linear combination of views. We find that deep models generalize well to novel views, but they do so in a way that differs from all these existing models. Extrapolation to views beyond the range covered by views in the training set is limited, and extrapolation to novel rotation axes is even more limited, implying that the networks do not infer full 3D structure, nor use linear interpolation. Yet, generalization is far superior to pure 2D matching. These findings help with designing datasets with 2D views required to achieve 3D generalization. Code to reproduce our experiments is publicly available: https://github.com/shoaibahmed/investigating_3d_generalization.git


翻译:视觉对象识别系统需要从一组二维训练视图泛化到新视图。人类视觉系统如何能够推广到新视角已经在心理学、计算机视觉和神经科学中得到了研究和建模。现代深度学习架构的对象识别能力能够很好地推广到新视角,但机制尚未得到很好的理解。在本文中,我们对常见的深度学习架构的推广到新视图的能力进行了表征。我们将其制定为有监督的分类任务,其中标签对应于唯一的三维对象,示例对应于具有不同三维方向的对象的二维视图。我们考虑了三种常见的推广到新视图的模型:(i)完全的三维推广,(ii)纯2D匹配和(iii)基于视图的线性组合的匹配。我们发现,深度模型能够很好地推广到新视图,但是它们的推广方式与所有这些现有模型不同。到超出训练集中视图范围以外的视图的外推是有限的,到新旋转轴的外推则更加有限,这意味着网络没有推断出完整的三维结构,也没有使用线性插值。然而,推广远远优于纯2D匹配。这些发现有助于设计需要2D视图才能实现3D泛化的数据集。重现我们的实验的代码公开可用:https://github.com/shoaibahmed/investigating_3d_generalization.git

0
下载
关闭预览

相关内容

【2022新书】高效深度学习,Efficient Deep Learning Book
专知会员服务
114+阅读 · 2022年4月21日
专知会员服务
59+阅读 · 2020年3月19日
【阿里巴巴-CVPR2020】频域学习,Learning in the Frequency Domain
[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
【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
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
25+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
25+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【论文】深度学习的数学解释
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年12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 · 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
0+阅读 · 2014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
2+阅读 · 2012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
Arxiv
0+阅读 · 2023年6月4日
Arxiv
0+阅读 · 2023年6月2日
Arxiv
0+阅读 · 2023年6月1日
Arxiv
24+阅读 · 2021年6月25日
A Comprehensive Survey on Transfer Learning
Arxiv
117+阅读 · 2019年11月7日
VIP会员
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
25+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
17+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
25+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
41+阅读 · 2019年1月3日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【论文】深度学习的数学解释
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年12月15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 · 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
0+阅读 · 2014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
2+阅读 · 2012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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员