While some convolutional neural networks (CNNs) have surpassed human visual abilities in object classification, they often struggle to recognize objects in images corrupted with different types of common noise patterns, highlighting a major limitation of this family of models. Recently, it has been shown that simulating a primary visual cortex (V1) at the front of CNNs leads to small improvements in robustness to these image perturbations. In this study, we start with the observation that different variants of the V1 model show gains for specific corruption types. We then build a new model using an ensembling technique, which combines multiple individual models with different V1 front-end variants. The model ensemble leverages the strengths of each individual model, leading to significant improvements in robustness across all corruption categories and outperforming the base model by 38% on average. Finally, we show that using distillation, it is possible to partially compress the knowledge in the ensemble model into a single model with a V1 front-end. While the ensembling and distillation techniques used here are hardly biologically-plausible, the results presented here demonstrate that by combining the specific strengths of different neuronal circuits in V1 it is possible to improve the robustness of CNNs for a wide range of perturbations.


翻译:虽然一些连锁神经网络(CNNs)在物体分类方面超过了人的视觉能力,但它们往往在努力辨别以不同类型常见噪音模式腐蚀的图像中的物体,突出显示这种模型组的主要局限性。 最近,人们发现,在CNN的正面模拟原始视觉皮层(V1),使这些图像扰动的强度稍有改善。在本研究中,我们首先发现V1模型的不同变体显示特定腐败类型的增益。然后我们利用混合技术建立一个新模型,将多种个人模型与不同的V1前端变异组合在一起。模型组群利用了每个模型的长处,导致所有腐败类别中的稳健度显著提高,平均比基本模型高38%。最后,我们表明,利用蒸馏,有可能部分地将组合模型中的知识压缩成一个具有V1前端特点的单一模型。在这里使用的组合和蒸馏技术几乎无法将多种不同的V1前端模型组合在一起。模型组合和蒸馏技术利用每个模型的强度来利用每个模型的强度优势,这里展示的神经的强度的强度是不同的。

0
下载
关闭预览

相关内容

ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
剑桥大学《数据科学: 原理与实践》课程,附PPT下载
专知会员服务
49+阅读 · 2021年1月20日
最新《生成式对抗网络》简介,25页ppt
专知会员服务
173+阅读 · 2020年6月28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
鲁棒机器学习相关文献集
专知
8+阅读 · 2019年8月18日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+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
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
Disentangled的假设的探讨
CreateAMind
9+阅读 · 2018年12月10日
计算机类 | 期刊专刊截稿信息9条
Call4Papers
4+阅读 · 2018年1月26日
可解释的CNN
CreateAMind
17+阅读 · 2017年10月5日
【推荐】图像分类必读开创性论文汇总
机器学习研究会
14+阅读 · 2017年8月15日
Auto-Encoding GAN
CreateAMind
7+阅读 · 2017年8月4日
Neural Image Captioning
Arxiv
5+阅读 · 2019年7月2日
Feature Denoising for Improving Adversarial Robustness
Arxiv
15+阅读 · 2018年12月9日
Arxiv
6+阅读 · 2018年10月3日
Arxiv
13+阅读 · 2018年4月6日
VIP会员
相关资讯
鲁棒机器学习相关文献集
专知
8+阅读 · 2019年8月18日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
27+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
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
Disentangled的假设的探讨
CreateAMind
9+阅读 · 2018年12月10日
计算机类 | 期刊专刊截稿信息9条
Call4Papers
4+阅读 · 2018年1月26日
可解释的CNN
CreateAMind
17+阅读 · 2017年10月5日
【推荐】图像分类必读开创性论文汇总
机器学习研究会
14+阅读 · 2017年8月15日
Auto-Encoding GAN
CreateAMind
7+阅读 · 2017年8月4日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员