Our brain can almost effortlessly decompose visual data streams into background and salient objects. Moreover, it can anticipate object motion and interactions, which are crucial abilities for conceptual planning and reasoning. Recent object reasoning datasets, such as CATER, have revealed fundamental shortcomings of current vision-based AI systems, particularly when targeting explicit object representations, object permanence, and object reasoning. Here we introduce a self-supervised LOCation and Identity tracking system (Loci), which excels on the CATER tracking challenge. Inspired by the dorsal and ventral pathways in the brain, Loci tackles the binding problem by processing separate, slot-wise encodings of `what' and `where'. Loci's predictive coding-like processing encourages active error minimization, such that individual slots tend to encode individual objects. Interactions between objects and object dynamics are processed in the disentangled latent space. Truncated backpropagation through time combined with forward eligibility accumulation significantly speeds up learning and improves memory efficiency. Besides exhibiting superior performance in current benchmarks, Loci effectively extracts objects from video streams and separates them into location and Gestalt components. We believe that this separation offers a representation that will facilitate effective planning and reasoning on conceptual levels.


翻译:我们的大脑几乎可以不费力地将视觉数据流分解为背景和突出对象。 此外,它还可以预测物体运动和相互作用,这是概念规划和推理的关键能力。最近的物体推理数据集,例如CATER,揭示了当前基于视觉的AI系统的根本缺陷,特别是在瞄准明确的物体表示、物体永久性和物体推理时。这里我们引入了一种自我监督的定位和身份跟踪系统(Loci),它优于CATER追踪的挑战。它受到大脑的剂量和呼吸路径的启发,Loci通过分别处理“什么”和“在哪里”的、按时间档顺序排列的编码来解决具有约束力的问题。Loci的预测式编码处理鼓励了主动最小化错误,因此单个的编码倾向于对个别物体进行编码。物体和物体动态之间的互动在分解的潜伏空间中处理。通过时间的调整后反向适应,加上前期资格积累,大大加快学习速度,提高记忆效率。除了在目前的基准中显示优异性,Loci有效地从视频流和概念上提取物体,从而能够将它们分开定位和思维。

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