Perturbation-based attacks, while not physically realizable, have been the main emphasis of adversarial machine learning (ML) research. Patch-based attacks by contrast are physically realizable, yet most work has focused on 2D domain with recent forays into 3D. Characterizing the robustness properties of patch attacks and their invariance to 3D pose is important, yet not fully elucidated, and is the focus of this paper. To this end, several contributions are made here: A) we develop a new metric called mean Attack Success over Transformations (mAST) to evaluate patch attack robustness and invariance; and B), we systematically assess robustness of patch attacks to 3D position and orientation for various conditions; in particular, we conduct a sensitivity analysis which provides important qualitative insights into attack effectiveness as a function of the 3D pose of a patch relative to the camera (rotation, translation) and sets forth some properties for patch attack 3D invariance; and C), we draw novel qualitative conclusions including: 1) we demonstrate that for some 3D transformations, namely rotation and loom, increasing the training distribution support yields an increase in patch success over the full range at test time. 2) We provide new insights into the existence of a fundamental cutoff limit in patch attack effectiveness that depends on the extent of out-of-plane rotation angles. These findings should collectively guide future design of 3D patch attacks and defenses.


翻译:以扰动为基础的攻击虽然在物理上无法实现,但却是对抗性机器学习研究的主要重点。以补丁为基础的攻击在物理上是可以实现的,但大多数工作都集中在2D领域,最近又向3D转变。 确定补丁攻击的稳健性性质及其对3D的变异性质很重要,但尚未充分阐明,也是本文件的重点。 为此,我们作出了一些贡献。 为此,我们作出了几项贡献:A)我们制定了一个新的指标,称为 " 攻击成功超过3D变换(mAST) ",以评价补丁攻击的稳健性和易变;B)我们系统地评估补丁攻击到3D位置和各种条件定向的稳健性;特别是,我们进行了敏感度分析,为攻击效力提供了重要的定性洞察力,作为3D构成与摄像机(旋转、翻译)相对一个补丁的补丁的功能,并提出了3D变相攻击的一些特性;以及C,我们提出了新的定性结论,包括:1)我们证明某些3D的变换,即轮换和轮值,增加培训分配支持对3D攻击的支持,从而提高未来防御性攻击的精确度,从而决定了未来判断性试验结果的全程。我们要在全面试验中,在设计上,在全面试验中,在设计上取得突破性试验中,在全面判断。

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