Incorporation of physical information in machine learning frameworks are opening and transforming many application domains. Here the learning process is augmented through the induction of fundamental knowledge and governing physical laws. In this work we explore their utility for computer vision tasks in interpreting and understanding visual data. We present a systematic literature review of formulation and approaches to computer vision tasks guided by physical laws, known as physics-informed computer vision. We begin by decomposing the popular computer vision pipeline into a taxonomy of stages and investigate approaches to incorporate governing physical equations in each stage. Existing approaches in each task are analyzed with regard to what governing physical processes are modeled for integration and how they are formulated to be incorporated, i.e. modify data (observation bias), modify networks (inductive bias), and modify losses (learning bias) to include physical rules. The taxonomy offers a unified view of the application of the physics-informed capability, highlighting where physics-informed machine learning has been conducted and where the gaps and opportunities are. Finally, we highlight open problems and challenges to inform future research avenues. While still in its early days, the study of physics-informed computer vision has the promise to develop better computer vision models that can improve physical plausibility, accuracy, data efficiency and generalization in increasingly realistic applications.


翻译:在机器学习框架中融入物理信息正在开启并改变众多应用领域。通过引入基础知识和支配性物理定律,学习过程得以增强。本文探讨了这些方法在计算机视觉任务中用于解释和理解视觉数据的效用。我们系统综述了受物理定律指导的计算机视觉任务(即物理启发的计算机视觉)的公式化方法与实现途径。首先,将主流计算机视觉流程分解为阶段分类法,研究在每个阶段融入支配性物理方程的方法。针对各任务现有方法,分析其建模了哪些支配性物理过程以实现融合,以及如何通过公式化手段加以整合——即修改数据(观测偏差)、修改网络(归纳偏差)和修改损失函数(学习偏差)以纳入物理规则。该分类法提供了物理启发能力的统一视角,揭示了物理启发机器学习已开展的领域以及存在的空白与机遇。最后,我们强调当前开放问题与挑战,为未来研究方向提供参考。尽管仍处于早期阶段,物理启发的计算机视觉研究有望开发出更优的计算机视觉模型,在日益真实的应用场景中提升物理合理性、准确性、数据效率与泛化能力。

0
下载
关闭预览

相关内容

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
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10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
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
全球人工智能
20+阅读 · 2017年12月17日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014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
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
17+阅读 · 2022年2月23日
Arxiv
24+阅读 · 2022年2月4日
A Survey of Deep Learning for Scientific Discovery
Arxiv
29+阅读 · 2020年3月26日
Arxiv
12+阅读 · 2019年3月14日
A Survey on Deep Transfer Learning
Arxiv
11+阅读 · 2018年8月6日
VIP会员
最新内容
《通过小型无人机系统将情报能力“作战化”》
专知会员服务
1+阅读 · 今天7:28
消耗优势:美军的“精确规模化”概念
专知会员服务
7+阅读 · 6月15日
《离线语言支持系统:面向空战战术决策》
专知会员服务
8+阅读 · 6月15日
俄乌战场地面机器人如何改写战争规则
专知会员服务
9+阅读 · 6月14日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
全球人工智能
20+阅读 · 2017年12月17日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12日
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014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
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员