Since many safety-critical systems, such as surgical robots and autonomous driving cars, are in unstable environments with sensor noise and incomplete data, it is desirable for object detectors to take into account the confidence of localization prediction. There are three limitations of the prior uncertainty estimation methods for anchor-based object detection. 1) They model the uncertainty based on object properties having different characteristics, such as location (center point) and scale (width, height). 2) they model a box offset and ground-truth as Gaussian distribution and Dirac delta distribution, which leads to the model misspecification problem. Because the Dirac delta distribution is not exactly represented as Gaussian, i.e., for any $\mu$ and $\Sigma$. 3) Since anchor-based methods are sensitive to hyper-parameters of anchor, the localization uncertainty modeling is also sensitive to these parameters. Therefore, we propose a new localization uncertainty estimation method called Gaussian-FCOS for anchor-free object detection. Our method captures the uncertainty based on four directions of box offsets~(left, right, top, bottom) that have similar properties, which enables to capture which direction is uncertain and provide a quantitative value in range~[0, 1]. To this end, we design a new uncertainty loss, negative power log-likelihood loss, to measure uncertainty by weighting IoU to the likelihood loss, which alleviates the model misspecification problem. Experiments on COCO datasets demonstrate that our Gaussian-FCOS reduces false positives and finds more missing-objects by mitigating over-confidence scores with the estimated uncertainty. We hope Gaussian-FCOS serves as a crucial component for the reliability-required task.


翻译:由于许多安全临界系统,如手术机器人和自主驾驶汽车,都处于传感器噪音和数据不完整的不稳定环境中,因此,物体探测器最好能考虑到本地化预测的可靠性。基于锚的物体探测的先前不确定性估计方法有三项限制。 1)它们根据具有不同特性的物体特性,例如位置(中点)和规模(宽度、高度)等,模拟基于位置特性的不确定性。 2)它们以高西亚分布和Dirac 三角洲分布等方式模拟一个盒式不确定性估算法,这会导致模型的辨别问题。因为Dirac 三角洲分布法并不完全代表Gaussian,即任何美元和美元基值的不确定性预测。 3 由于基于锚式方法对锚的超参数敏感,当地化不确定性模型也对这些参数敏感。 因此,我们提出了一个新的本地化不确定性估算法,即高斯基-FCOS的分布法,这导致模型的误差问题。 我们的方法根据四条方向,Dirac delta 分布并不完全代表Gaus,右、顶部、底部和底部的不确定性。

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