Anomaly detectors are widely used in industrial production to detect and localize unknown defects in query images. These detectors are trained on nominal images and have shown success in distinguishing anomalies from most normal samples. However, hard-nominal examples are scattered and far apart from most normalities, they are often mistaken for anomalies by existing anomaly detectors. To address this problem, we propose a simple yet efficient method: \textbf{H}ard Nominal \textbf{E}xample-aware \textbf{T}emplate \textbf{M}utual \textbf{M}atching (HETMM). Specifically, \textit{HETMM} aims to construct a robust prototype-based decision boundary, which can precisely distinguish between hard-nominal examples and anomalies, yielding fewer false-positive and missed-detection rates. Moreover, \textit{HETMM} mutually explores the anomalies in two directions between queries and the template set, and thus it is capable to capture the logical anomalies. This is a significant advantage over most anomaly detectors that frequently fail to detect logical anomalies. Additionally, to meet the speed-accuracy demands, we further propose \textbf{P}ixel-level \textbf{T}emplate \textbf{S}election (PTS) to streamline the original template set. \textit{PTS} selects cluster centres and hard-nominal examples to form a tiny set, maintaining the original decision boundaries. Comprehensive experiments on five real-world datasets demonstrate that our methods yield outperformance than existing advances under the real-time inference speed. Furthermore, \textit{HETMM} can be hot-updated by inserting novel samples, which may promptly address some incremental learning issues.


翻译:异常检测器广泛应用于工业生产中,用于检测并定位查询图像中的未知缺陷。这类检测器基于正常样本训练,已成功区分了大多数正常样本中的异常。然而,困难正常样本分布稀疏且远离大多数正常样本,常被现有异常检测器误判为异常。为解决此问题,我们提出一种简单高效的方法:**困难正常样本感知的模板相互匹配**(HETMM)。具体而言,HETMM旨在构建基于稳健原型的决策边界,能够精确区分困难正常样本与异常,从而降低误报率和漏检率。此外,HETMM在查询与模板集之间双向探索异常,因此能够捕获逻辑异常。这一特性显著优于多数无法检测逻辑异常的检测器。同时,为满足速度-精度需求,我们进一步提出**像素级模板选择**(PTS)以精简原始模板集。PTS通过选取聚类中心和困难正常样本形成小型集合,保持原有决策边界。在五个真实世界数据集上的全面实验表明,本方法在实时推理速度下优于现有先进技术。此外,HETMM可通过插入新样本进行热更新,从而快速应对增量学习问题。

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在数据挖掘中,异常检测(英语:anomaly detection)对不符合预期模式或数据集中其他项目的项目、事件或观测值的识别。通常异常项目会转变成银行欺诈、结构缺陷、医疗问题、文本错误等类型的问题。异常也被称为离群值、新奇、噪声、偏差和例外。 特别是在检测滥用与网络入侵时,有趣性对象往往不是罕见对象,但却是超出预料的突发活动。这种模式不遵循通常统计定义中把异常点看作是罕见对象,于是许多异常检测方法(特别是无监督的方法)将对此类数据失效,除非进行了合适的聚集。相反,聚类分析算法可能可以检测出这些模式形成的微聚类。 有三大类异常检测方法。[1] 在假设数据集中大多数实例都是正常的前提下,无监督异常检测方法能通过寻找与其他数据最不匹配的实例来检测出未标记测试数据的异常。监督式异常检测方法需要一个已经被标记“正常”与“异常”的数据集,并涉及到训练分类器(与许多其他的统计分类问题的关键区别是异常检测的内在不均衡性)。半监督式异常检测方法根据一个给定的正常训练数据集创建一个表示正常行为的模型,然后检测由学习模型生成的测试实例的可能性。
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