Reliable use of deep neural networks (DNNs) for medical image analysis requires methods to identify inputs that differ significantly from the training data, called out-of-distribution (OOD), to prevent erroneous predictions. OOD detection methods can be categorised as either confidence-based (using the model's output layer for OOD detection) or feature-based (not using the output layer). We created two new OOD benchmarks by dividing the D7P (dermatology) and BreastMNIST (ultrasound) datasets into subsets which either contain or don't contain an artefact (rulers or annotations respectively). Models were trained with artefact-free images, and images with the artefacts were used as OOD test sets. For each OOD image, we created a counterfactual by manually removing the artefact via image processing, to assess the artefact's impact on the model's predictions. We show that OOD artefacts can boost a model's softmax confidence in its predictions, due to correlations in training data among other factors. This contradicts the common assumption that OOD artefacts should lead to more uncertain outputs, an assumption on which most confidence-based methods rely. We use this to explain why feature-based methods (e.g. Mahalanobis score) typically have greater OOD detection performance than confidence-based methods (e.g. MCP). However, we also show that feature-based methods typically perform worse at distinguishing between inputs that lead to correct and incorrect predictions (for both OOD and ID data). Following from these insights, we argue that a combination of feature-based and confidence-based methods should be used within DNN pipelines to mitigate their respective weaknesses. These project's code and OOD benchmarks are available at: https://github.com/HarryAnthony/Evaluating_OOD_detection.


翻译:在医学图像分析中可靠使用深度神经网络(DNNs)需要开发能够识别与训练数据显著不同的输入(称为分布外数据)的方法,以防止错误预测。分布外检测方法可分为基于置信度的方法(利用模型输出层进行检测)和基于特征的方法(不使用输出层)。我们通过将D7P(皮肤病学)和BreastMNIST(超声)数据集划分为包含伪影(分别为标尺或标注)与不包含伪影的子集,创建了两个新的分布外检测基准。模型使用无伪影图像进行训练,而包含伪影的图像作为分布外测试集。针对每幅分布外图像,我们通过图像处理手动移除伪影生成反事实样本,以评估伪影对模型预测的影响。研究表明,由于训练数据相关性等因素,分布外伪影可能提升模型预测的softmax置信度。这与"分布外伪影应导致更不确定输出"的普遍假设相悖,而大多数基于置信度的方法正依赖此假设。基于此,我们解释了为何基于特征的方法(如马氏距离评分)通常比基于置信度的方法(如最大类别概率)具有更好的分布外检测性能。然而,研究同时表明,基于特征的方法在区分导致正确与错误预测的输入方面(对分布外和分布内数据皆然)通常表现较差。基于这些发现,我们主张在深度神经网络流程中应结合使用基于特征和基于置信度的方法,以弥补各自缺陷。本项目代码及分布外检测基准已开源:https://github.com/HarryAnthony/Evaluating_OOD_detection。

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/
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员