Since many safety-critical systems, such as surgical robots and autonomous driving cars operate in unstable environments with sensor noise and incomplete data, it is desirable for object detectors to take the localization uncertainty into account. However, there are several limitations of the existing uncertainty estimation methods for anchor-based object detection. 1) They model the uncertainty of the heterogeneous object properties with different characteristics and scales, such as location (center point) and scale (width, height), which could be difficult to estimate. 2) They model box offsets as Gaussian distributions, which is not compatible with the ground truth bounding boxes that follow the Dirac delta distribution. 3) Since anchor-based methods are sensitive to anchor hyper-parameters, their localization uncertainty could also be highly sensitive to the choice of hyper-parameters. To tackle these limitations, we propose a new localization uncertainty estimation method called UAD for anchor-free object detection. Our method captures the uncertainty in four directions of box offsets (left, right, top, bottom) that are homogeneous, so that it can tell which direction is uncertain, and provide a quantitative value of uncertainty in [0, 1]. To enable such uncertainty estimation, we design a new uncertainty loss, negative power log-likelihood loss, to measure the localization uncertainty by weighting the likelihood loss by its IoU, which alleviates the model misspecification problem. Furthermore, we propose an uncertainty-aware focal loss for reflecting the estimated uncertainty to the classification score. Experimental results on COCO datasets demonstrate that our method significantly improves FCOS, by up to 1.8 points, without sacrificing computational efficiency.


翻译:由于许多安全临界系统,如外科机器人和自主驾驶汽车,在传感器噪音和数据不完整的不稳定环境中运作,因此,物体探测器最好将本地化不确定性考虑在内;然而,现有基于锚的天体探测的不确定性估算方法有若干局限性。 1)它们模拟具有不同特点和尺度,例如位置(中点)和规模(宽度、高度)可能难以估计的混杂物体属性的不确定性,例如位置(偏中点)和规模(宽度、高度),它们可能难以估计。 2)它们以高萨分布为模式,与Dirac 三角洲分布之后的地面真相约束框不兼容。 3)由于基于锚基方法对锁定超参数十分敏感,因此其本地化不确定性不确定性的不确定性也可能对选择超参数十分敏感。为了应对这些限制,我们提出了一个新的本地化不确定性估算方法,即UAD用于无锚物体探测(偏左、右、顶部、底部),从而可以分辨出哪些方向不确定性,因此我们可以在[0,1]碳定值上提供一个量化的不确定性值值值值值值值值值值值值值值,在高比值中,从而测量损失损失成本的数值。

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