Equipping predicted segmentation with calibrated uncertainty is essential for safety-critical applications. In this work, we focus on capturing the data-inherent uncertainty (aka aleatoric uncertainty) in segmentation, typically when ambiguities exist in input images. Due to the high-dimensional output space and potential multiple modes in segmenting ambiguous images, it remains challenging to predict well-calibrated uncertainty for segmentation. To tackle this problem, we propose a novel mixture of stochastic experts (MoSE) model, where each expert network estimates a distinct mode of the aleatoric uncertainty and a gating network predicts the probabilities of an input image being segmented in those modes. This yields an efficient two-level uncertainty representation. To learn the model, we develop a Wasserstein-like loss that directly minimizes the distribution distance between the MoSE and ground truth annotations. The loss can easily integrate traditional segmentation quality measures and be efficiently optimized via constraint relaxation. We validate our method on the LIDC-IDRI dataset and a modified multimodal Cityscapes dataset. Results demonstrate that our method achieves the state-of-the-art or competitive performance on all metrics.


翻译:摘要:为预测分割赋予校准的不确定性对于安全关键型应用至关重要。本文聚焦于捕捉分割中由数据固有不确定性(即随机不确定性)引起的问题,尤其是在输入图像存在歧义的情况下。由于分割输出空间维度高且歧义图像可能包含多种模式,预测校准良好的分割不确定性仍具挑战。为解决该问题,我们提出一种新型随机专家混合(MoSE)模型,其中每个专家网络估计随机不确定性的一个不同模式,门控网络预测输入图像被分割为这些模式的概率,从而形成高效的两级不确定性表征。为学习该模型,我们开发了一种类似Wasserstein的距离损失函数,可直接最小化MoSE与真实标注之间的分布距离。该损失易于集成传统分割质量度量,并通过约束松弛实现高效优化。我们在LIDC-IDRI数据集及改进的多模态Cityscapes数据集上验证了方法,结果表明本方法在所有指标上均达到或超越现有最优水平。

0
下载
关闭预览

相关内容

百篇论文纵览大型语言模型最新研究进展
专知会员服务
70+阅读 · 2023年3月31日
NeurlPS 2022 | 自然语言处理相关论文分类整理
专知会员服务
51+阅读 · 2022年10月2日
专知会员服务
61+阅读 · 2020年3月19日
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11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
TorchSeg:基于pytorch的语义分割算法开源了
极市平台
20+阅读 · 2019年1月28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
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015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
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
30+阅读 · 2021年7月7日
Learning in the Frequency Domain
Arxiv
11+阅读 · 2020年3月12日
On Feature Normalization and Data Augmentation
Arxiv
15+阅读 · 2020年2月25日
Arxiv
19+阅读 · 2018年3月28日
VIP会员
最新内容
BES:让语言模型通过双向进化搜索自我改进
专知会员服务
2+阅读 · 5月30日
以色列-美国-伊朗战争中的无人机:关键要点
专知会员服务
4+阅读 · 5月30日
《Palantir任务保障性软件安全标准(MA-S2)》
专知会员服务
9+阅读 · 5月30日
基于声学的无人机检测技术综述
专知会员服务
6+阅读 · 5月30日
《当代混合战争分析框架:俄乌战争经验教训》
战略前沿人工智能的再思考(中文)
专知会员服务
8+阅读 · 5月29日
《量化地基防空系统间接效应的博弈论方法》
专知会员服务
6+阅读 · 5月29日
相关VIP内容
百篇论文纵览大型语言模型最新研究进展
专知会员服务
70+阅读 · 2023年3月31日
NeurlPS 2022 | 自然语言处理相关论文分类整理
专知会员服务
51+阅读 · 2022年10月2日
专知会员服务
61+阅读 · 2020年3月19日
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015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
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