The training data distribution is often biased towards objects in certain orientations and illumination conditions. While humans have a remarkable capability of recognizing objects in out-of-distribution (OoD) orientations and illuminations, Deep Neural Networks (DNNs) severely suffer in this case, even when large amounts of training examples are available. In this paper, we investigate three different approaches to improve DNNs in recognizing objects in OoD orientations and illuminations. Namely, these are (i) training much longer after convergence of the in-distribution (InD) validation accuracy, i.e., late-stopping, (ii) tuning the momentum parameter of the batch normalization layers, and (iii) enforcing invariance of the neural activity in an intermediate layer to orientation and illumination conditions. Each of these approaches substantially improves the DNN's OoD accuracy (more than 20% in some cases). We report results in four datasets: two datasets are modified from the MNIST and iLab datasets, and the other two are novel (one of 3D rendered cars and another of objects taken from various controlled orientations and illumination conditions). These datasets allow to study the effects of different amounts of bias and are challenging as DNNs perform poorly in OoD conditions. Finally, we demonstrate that even though the three approaches focus on different aspects of DNNs, they all tend to lead to the same underlying neural mechanism to enable OoD accuracy gains --individual neurons in the intermediate layers become more selective to a category and also invariant to OoD orientations and illuminations. We anticipate this study to be a basis for further improvement of deep neural networks' OoD generalization performance, which is highly demanded to achieve safe and fair AI applications.


翻译:培训数据分布往往偏向某些方向和光化条件下的物体。虽然人类具有显著的能力,能够识别分配外(OoD)方向和光化过程中的物体,但深神经网络(DNNS)在此情况下遭受严重痛苦,即使有大量培训实例。在本文件中,我们调查了三种不同的方法来改进DNS在识别OoD方向和光化中的物体方面的精确度。我们报告的数据有四个数据集:(一) 在分配内(InD)验证准确度趋同之后,培训时间长得多,即,停止后,(二)调整批次正常化层(OOD)方向和光化灯光化的物体,但深层神经网络(D)方向的亮度参数也非常差,而ONW的精确性能也更低,而DOO的精确性能也更低,而DOI的精确性能也更低,而OOI的精确性能也更低。

0
下载
关闭预览

相关内容

Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
152+阅读 · 2019年10月12日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
103+阅读 · 2019年10月9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
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
心之所向的无尽蓝,vivo S12 Pro「屿蓝」
ZEALER订阅号
0+阅读 · 2022年1月27日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium8
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月16日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium3
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月9日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月8日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Plenary Talk2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月2日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Plenary Talk1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月1日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Industry Talk1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年7月28日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
17+阅读 · 2018年12月24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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2013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 · 2011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
1+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2022年4月18日
Arxiv
38+阅读 · 2021年8月31日
Arxiv
20+阅读 · 2020年6月8日
VIP会员
相关资讯
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
心之所向的无尽蓝,vivo S12 Pro「屿蓝」
ZEALER订阅号
0+阅读 · 2022年1月27日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium8
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月16日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium3
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月9日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月8日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Plenary Talk2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月2日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Plenary Talk1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月1日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Industry Talk1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年7月28日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
17+阅读 · 2018年12月24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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2013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 · 2011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
1+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员