Viewpoint invariance remains challenging for visual recognition in the 3D world, as altering the viewing directions can significantly impact predictions for the same object. While substantial efforts have been dedicated to making neural networks invariant to 2D image translations and rotations, viewpoint invariance is rarely investigated. Motivated by the success of adversarial training in enhancing model robustness, we propose Viewpoint-Invariant Adversarial Training (VIAT) to improve the viewpoint robustness of image classifiers. Regarding viewpoint transformation as an attack, we formulate VIAT as a minimax optimization problem, where the inner maximization characterizes diverse adversarial viewpoints by learning a Gaussian mixture distribution based on the proposed attack method GMVFool. The outer minimization obtains a viewpoint-invariant classifier by minimizing the expected loss over the worst-case viewpoint distributions that can share the same one for different objects within the same category. Based on GMVFool, we contribute a large-scale dataset called ImageNet-V+ to benchmark viewpoint robustness. Experimental results show that VIAT significantly improves the viewpoint robustness of various image classifiers based on the diversity of adversarial viewpoints generated by GMVFool. Furthermore, we propose ViewRS, a certified viewpoint robustness method that provides a certified radius and accuracy to demonstrate the effectiveness of VIAT from the theoretical perspective.


翻译:在三维世界中,视角不变性仍然是视觉识别的挑战,因为改变观察方向会显著影响同一物体的预测结果。尽管已有大量研究致力于使神经网络对二维图像平移和旋转具有不变性,但视角不变性却鲜有探讨。受对抗训练在增强模型鲁棒性方面取得成功的启发,我们提出视角不变对抗训练(VIAT)以提升图像分类器的视角鲁棒性。将视角变换视为攻击,我们将VIAT形式化为一个极小极大优化问题:内层最大化通过基于所提出的攻击方法GMVFool学习高斯混合分布来刻画多样化的对抗视角;外层最小化则通过最小化最坏情况视角分布下的期望损失来获得视角不变分类器,该分布对于同一类别中的不同物体可保持一致。基于GMVFool,我们构建了名为ImageNet-V+的大规模数据集以基准测试视角鲁棒性。实验结果表明,基于GMVFool生成的对抗视角多样性,VIAT显著提升了多种图像分类器的视角鲁棒性。此外,我们提出经认证的视角鲁棒方法ViewRS,通过提供经认证的半径和精度,从理论角度证明了VIAT的有效性。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+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
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
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
2+阅读 · 2015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
47+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
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9月13日
Feature Denoising for Improving Adversarial Robustness
Arxiv
15+阅读 · 2018年12月9日
VIP会员
最新内容
刚刚!Jev中文教程项目发布了
专知会员服务
0+阅读 · 10月4日
《人工智能赋能的适应性多功能电磁战》
专知会员服务
12+阅读 · 9月29日
俄乌战场实验室:全面战争如何重塑现代作战
专知会员服务
8+阅读 · 9月29日
2026年美空军协会会议上的无人机系统趋势
专知会员服务
11+阅读 · 9月28日
反制无人机:乌克兰提供的五点启示
专知会员服务
17+阅读 · 9月23日
《各指挥层级均亟需红队能力》报告
专知会员服务
11+阅读 · 9月23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
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
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
2+阅读 · 2015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
47+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
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