Learning from synthetic data is popular in a variety of robotic vision tasks such as object detection, because a large amount of data can be generated without annotations by humans. However, when relying only on synthetic data,we encounter the well-known problem of the simulation-to-reality (Sim-to-Real) gap, which is hard to resolve completely in practice. For such cases, real human-annotated data is necessary to bridge this gap, and in our work we focus on howto acquire this data efficiently. Therefore, we propose a Sim-to-Real pipeline that relies on deep Bayesian active learning and aims to minimize the manual annotation efforts. We devise a learning paradigm that autonomously selects the data that is considered useful for the human expert to annotate. To achieve this, a Bayesian Neural Network (BNN) object detector providing reliable uncertain estimates is adapted to infer the informativeness of the unlabeled data, in order to perform active learning. In our experiments on two object detection data sets, we show that the labeling effort required to bridge the reality gap can be reduced to a small amount. Furthermore, we demonstrate the practical effectiveness of this idea in a grasping task on an assistive robot.


翻译:从合成数据中学习的合成数据在诸如物体探测等各种机器人视觉任务中很受欢迎,因为大量数据可以在没有人类说明的情况下生成。然而,在仅仅依靠合成数据时,我们遇到了模拟到现实(Sim-to-Real)差距这一众所周知的问题,这个问题在实践中很难完全解决。对于这种情况,需要真实的人类附加说明的数据来弥补这一差距,在我们的工作重点是如何有效地获取这些数据。因此,我们提议建立一个Sim-Real管道,依靠深入的Bayesian积极学习,目的是尽量减少人工批注努力。我们设计了一种学习模式,自主选择被认为对人类专家进行批注有用的数据。为了做到这一点,一个提供可靠的不确定估计的Bayesian Neural(BNNNN)物体网络(BNNN)物体探测器进行了调整,以推断未贴标签数据的信息性,以便进行积极的学习。在两套物体探测数据集的实验中,我们展示了弥合现实差距所需的标记努力可以减少到一个小数量。此外,我们展示了这一想法的实际效果。

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主动学习是机器学习(更普遍的说是人工智能)的一个子领域,在统计学领域也叫查询学习、最优实验设计。“学习模块”和“选择策略”是主动学习算法的2个基本且重要的模块。 主动学习是“一种学习方法,在这种方法中,学生会主动或体验性地参与学习过程,并且根据学生的参与程度,有不同程度的主动学习。” (Bonwell&Eison 1991)Bonwell&Eison(1991) 指出:“学生除了被动地听课以外,还从事其他活动。” 在高等教育研究协会(ASHE)的一份报告中,作者讨论了各种促进主动学习的方法。他们引用了一些文献,这些文献表明学生不仅要做听,还必须做更多的事情才能学习。他们必须阅读,写作,讨论并参与解决问题。此过程涉及三个学习领域,即知识,技能和态度(KSA)。这种学习行为分类法可以被认为是“学习过程的目标”。特别是,学生必须从事诸如分析,综合和评估之类的高级思维任务。
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