Semi-supervised learning via teacher-student network can train a model effectively on a few labeled samples. It enables a student model to distill knowledge from the teacher's predictions of extra unlabeled data. However, such knowledge flow is typically unidirectional, having the performance vulnerable to the quality of teacher model. In this paper, we seek to robust 3D reconstruction of stereo endoscopic images by proposing a novel fashion of bidirectional learning between two learners, each of which can play both roles of teacher and student concurrently. Specifically, we introduce two self-supervisions, i.e., Adaptive Cross Supervision (ACS) and Adaptive Parallel Supervision (APS), to learn a dual-branch convolutional neural network. The two branches predict two different disparity probability distributions for the same position, and output their expectations as disparity values. The learned knowledge flows across branches along two directions: a cross direction (disparity guides distribution in ACS) and a parallel direction (disparity guides disparity in APS). Moreover, each branch also learns confidences to dynamically refine its provided supervisions. In ACS, the predicted disparity is softened into a unimodal distribution, and the lower the confidence, the smoother the distribution. In APS, the incorrect predictions are suppressed by lowering the weights of those with low confidence. With the adaptive bidirectional learning, the two branches enjoy well-tuned supervisions from each other, and eventually converge on a consistent and more accurate disparity estimation. The extensive and comprehensive experimental results on three public datasets demonstrate our superior performance over the fully-supervised and semi-supervised state-of-the-arts with a decrease of averaged disparity error by 13.95% and 3.90% at least, respectively.


翻译:通过师生网络进行半监督的学习,可以对几个标签样本进行有效的模型培训。它使学生模型能够从教师预测的额外无标签数据中提取知识。然而,这种知识流通常是单向的,其性能易受教师模型质量的影响。在本文中,我们寻求通过提出两个学习者之间双向学习的新颖方式,对立体的内分层图像进行强有力的重建,每个学习者可以同时扮演教师和学生的角色。具体地说,我们引入了两个自上型监督,即适应性十字监督(ACS)和适应性平行监督(APS),以便从教师预测的额外无标签数据流中提取知识。两个分支预测了同一位置两种不同的差异概率分布,并将它们作为差异值输出出它们之间的期望。两个方向是:交叉方向(差异指南分布在ACS)和平行方向(差异引导在APS的低差异方面差异)。此外,每个分支还学习了对动态的自上下级监督(SDervical ),最终显示其稳定性的稳定性分布。

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