Analyzing a visual scene by inferring the configuration of a generative model is widely considered the most flexible and generalizable approach to scene understanding. Yet, one major problem is the computational challenge of the inference procedure, involving a combinatorial search across object identities and poses. Here we propose a neuromorphic solution exploiting three key concepts: (1) a computational framework based on Vector Symbolic Architectures (VSA) with complex-valued vectors; (2) the design of Hierarchical Resonator Networks (HRN) to factorize the non-commutative transforms translation and rotation in visual scenes; (3) the design of a multi-compartment spiking phasor neuron model for implementing complex-valued resonator networks on neuromorphic hardware. The VSA framework uses vector binding operations to form a generative image model in which binding acts as the equivariant operation for geometric transformations. A scene can, therefore, be described as a sum of vector products, which can then be efficiently factorized by a resonator network to infer objects and their poses. The HRN features a partitioned architecture in which vector binding is equivariant for horizontal and vertical translation within one partition and for rotation and scaling within the other partition. The spiking neuron model allows mapping the resonator network onto efficient and low-power neuromorphic hardware. Our approach is demonstrated on synthetic scenes composed of simple 2D shapes undergoing rigid geometric transformations and color changes. A companion paper demonstrates the same approach in real-world application scenarios for machine vision and robotics.


翻译:通过推断生成模型的配置来分析视觉场景,被广泛认为是实现场景理解最灵活且可泛化的方法。然而,一个主要问题在于推理过程所面临的计算挑战,这涉及跨物体身份与姿态的组合搜索。本文提出了一种神经形态解决方案,其利用了三个关键概念:(1) 基于复数值向量的向量符号架构(VSA)计算框架;(2) 分层谐振子网络(HRN)的设计,用于分解视觉场景中非交换的平移与旋转变换;(3) 用于在神经形态硬件上实现复数值谐振子网络的多室发放脉冲相量神经元模型的设计。VSA框架利用向量绑定操作构建生成式图像模型,其中绑定操作充当几何变换的等变运算。因此,一个场景可被描述为向量乘积之和,随后可通过谐振子网络高效分解以推断物体及其姿态。HRN采用分区架构,其中向量绑定在一个分区内对水平与垂直平移具有等变性,在另一分区内对旋转与缩放具有等变性。脉冲神经元模型使得谐振子网络能够映射到高效、低功耗的神经形态硬件上。我们的方法在由经历刚性几何变换与颜色变化的简单二维形状构成的合成场景上进行了验证。一篇配套论文展示了该方法在机器视觉与机器人学的实际应用场景中的相同应用。

0
下载
关闭预览

相关内容

Networking:IFIP International Conferences on Networking。 Explanation:国际网络会议。 Publisher:IFIP。 SIT: http://dblp.uni-trier.de/db/conf/networking/index.html
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
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
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
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
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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Deep Anomaly Detection with Outlier Exposure
Arxiv
17+阅读 · 2018年12月21日
Learning Implicit Fields for Generative Shape Modeling
Arxiv
11+阅读 · 2018年12月6日
Exploring Visual Relationship for Image Captioning
Arxiv
15+阅读 · 2018年9月19日
Arxiv
19+阅读 · 2018年5月17日
VIP会员
最新内容
2025年大语言模型进展报告
专知会员服务
9+阅读 · 4月25日
多智能体协作机制
专知会员服务
8+阅读 · 4月25日
非对称优势:美海军开发低成本反无人机技术
专知会员服务
9+阅读 · 4月25日
《美战争部小企业创新研究(SBIR)计划》
专知会员服务
8+阅读 · 4月25日
《军事模拟:将军事条令与目标融入AI智能体》
专知会员服务
12+阅读 · 4月25日
【NTU博士论文】3D人体动作生成
专知会员服务
9+阅读 · 4月24日
以色列军事技术对美国军力发展的持续性赋能
专知会员服务
9+阅读 · 4月24日
《深度强化学习在兵棋推演中的应用》40页报告
专知会员服务
16+阅读 · 4月24日
《多域作战面临复杂现实》
专知会员服务
13+阅读 · 4月24日
《印度的多域作战:条令与能力发展》报告
专知会员服务
6+阅读 · 4月24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
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
相关论文
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
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
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
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员