Deep neural networks are susceptible to generating overconfident yet erroneous predictions when presented with data beyond known concepts. This challenge underscores the importance of detecting out-of-distribution (OOD) samples in the open world. In this work, we propose a novel feature-space OOD detection score that jointly reasons with both class-specific and class-agnostic information. Specifically, our approach utilizes Whitened Linear Discriminative Analysis to project features into two subspaces - the discriminative and residual subspaces - in which the ID classes are maximally separated and closely clustered, respectively. The OOD score is then determined by combining the deviation from the input data to the ID distribution in both subspaces. The efficacy of our method, named WDiscOOD, is verified on the large-scale ImageNet-1k benchmark, with six OOD datasets that covers a variety of distribution shifts. WDiscOOD demonstrates superior performance on deep classifiers with diverse backbone architectures, including CNN and vision transformer. Furthermore, we also show that our method can more effectively detect novel concepts in representation space trained with contrastive objectives, including supervised contrastive loss and multi-modality contrastive loss.


翻译:深度神经网络在面对超出已知概念的数据时,容易生成过度自信但错误的预测。这一挑战凸显了在开放世界中检测分布外(OOD)样本的重要性。本文提出一种新颖的特征空间OOD检测分数,该分数联合利用类别特定与类别无关信息进行推理。具体而言,我们的方法采用白化线性判别分析将特征投影至两个子空间——判别子空间与残差子空间——其中ID类别分别实现最大化分离与紧密聚类。随后,通过结合输入数据在两个子空间中与ID分布的偏差来确定OOD分数。该方法命名为WDiscOOD,其效能在大规模ImageNet-1k基准上得到验证,涉及覆盖多种分布偏移的六个OOD数据集。WDiscOOD在具有多样化主干架构(包括CNN与视觉Transformer)的深度分类器上展现出卓越性能。此外,我们还证明该方法能更有效地检测以对比目标(包括监督对比损失与多模态对比损失)训练的表征空间中的新概念。

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线性判别式分析(Linear Discriminant Analysis),简称为LDA。也称为Fisher线性判别(Fisher Linear Discriminant,FLD),是模式识别的经典算法,在1996年由Belhumeur引入模式识别和人工智能领域。
基本思想是将高维的模式样本投影到最佳鉴别矢量空间,以达到抽取分类信息和压缩特征空间维数的效果,投影后保证模式样本在新的子空间有最大的类间距离和最小的类内距离,即模式在该空间中有最佳的可分离性。
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