Uncertainty quantification is crucial for the deployment of image restoration models in safety-critical domains, like autonomous driving and biological imaging. To date, methods for uncertainty visualization have mainly focused on per-pixel estimates. Yet, a heatmap of per-pixel variances is typically of little practical use, as it does not capture the strong correlations between pixels. A more natural measure of uncertainty corresponds to the variances along the principal components (PCs) of the posterior distribution. Theoretically, the PCs can be computed by applying PCA on samples generated from a conditional generative model for the input image. However, this requires generating a very large number of samples at test time, which is painfully slow with the current state-of-the-art (diffusion) models. In this work, we present a method for predicting the PCs of the posterior distribution for any input image, in a single forward pass of a neural network. Our method can either wrap around a pre-trained model that was trained to minimize the mean square error (MSE), or can be trained from scratch to output both a predicted image and the posterior PCs. We showcase our method on multiple inverse problems in imaging, including denoising, inpainting, super-resolution, and biological image-to-image translation. Our method reliably conveys instance-adaptive uncertainty directions, achieving uncertainty quantification comparable with posterior samplers while being orders of magnitude faster. Code and examples are available at https://eliasnehme.github.io/NPPC/


翻译:不确定性量化对于图像恢复模型在自动驾驶和生物成像等安全关键领域的部署至关重要。迄今为止,不确定性可视化方法主要集中在逐像素估计上。然而,逐像素方差的热图通常实用性有限,因为它未能捕捉像素之间的强相关性。一种更自然的不确定性度量对应于后验分布主成分(PCs)上的方差。理论上,通过对输入图像的条件生成模型生成的样本进行主成分分析(PCA),即可计算这些主成分。但这种方法需要在测试时生成大量样本,目前最先进模型(如扩散模型)执行此操作的速度异常缓慢。本研究提出一种方法,可通过单次神经网络前向传播预测任意输入图像的后验主成分。该方法既可封装于预训练的均方误差(MSE)最小化模型,也可从头训练,同时输出预测图像和后验主成分。我们在图像处理的多类逆问题(包括去噪、修复、超分辨率和生物图像到图像的翻译)中展示了该方法。该方法能可靠地传递实例自适应不确定性方向,实现与后验采样器相当的不确定性量化,同时速度提升数个数量级。代码和示例见 https://eliasnehme.github.io/NPPC/

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
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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
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
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
47+阅读 · 2015年12月31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
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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年12月26日
Arxiv
0+阅读 · 2023年12月26日
Arxiv
0+阅读 · 2023年12月22日
Arxiv
0+阅读 · 2023年12月22日
Arxiv
12+阅读 · 2020年12月10日
Arxiv
18+阅读 · 2019年3月28日
A Comprehensive Survey on Graph Neural Networks
Arxiv
21+阅读 · 2019年1月3日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:45
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
5+阅读 · 今天13:50
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
3+阅读 · 今天13:33
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
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
相关论文
Arxiv
0+阅读 · 2023年12月26日
Arxiv
0+阅读 · 2023年12月26日
Arxiv
0+阅读 · 2023年12月22日
Arxiv
0+阅读 · 2023年12月22日
Arxiv
12+阅读 · 2020年12月10日
Arxiv
18+阅读 · 2019年3月28日
A Comprehensive Survey on Graph Neural Networks
Arxiv
21+阅读 · 2019年1月3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
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
47+阅读 · 2015年12月31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
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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员