Certifiably robust defenses against adversarial patches for image classifiers ensure correct prediction against any changes to a constrained neighborhood of pixels. PatchCleanser arXiv:2108.09135 [cs.CV], the state-of-the-art certified defense, uses a double-masking strategy for robust classification. The success of this strategy relies heavily on the model's invariance to image pixel masking. In this paper, we take a closer look at model training schemes to improve this invariance. Instead of using Random Cutout arXiv:1708.04552v2 [cs.CV] augmentations like PatchCleanser, we introduce the notion of worst-case masking, i.e., selecting masked images which maximize classification loss. However, finding worst-case masks requires an exhaustive search, which might be prohibitively expensive to do on-the-fly during training. To solve this problem, we propose a two-round greedy masking strategy (Greedy Cutout) which finds an approximate worst-case mask location with much less compute. We show that the models trained with our Greedy Cutout improves certified robust accuracy over Random Cutout in PatchCleanser across a range of datasets and architectures. Certified robust accuracy on ImageNet with a ViT-B16-224 model increases from 58.1\% to 62.3\% against a 3\% square patch applied anywhere on the image.


翻译:对抗性补丁对图像分类器的可认证鲁棒防御能够确保在像素受限邻域内的任何改变下,模型仍能做出正确预测。当前最先进的认证防御方法PatchCleanser(arXiv:2108.09135 [cs.CV])采用双重掩码策略实现鲁棒分类。该策略的成功高度依赖于模型对图像像素掩码的不变性。本文深入研究了模型训练方案以提升这种不变性。我们不采用PatchCleanser中使用的随机裁剪(Random Cutout, arXiv:1708.04552v2 [cs.CV])数据增强方法,而是引入了最坏情况掩码(worst-case masking)的概念,即选择能最大化分类损失的掩码图像。然而,寻找最坏情况掩码需要穷举搜索,这在训练过程中实时执行可能代价过高。为解决此问题,我们提出了一种两轮贪婪掩码策略(Greedy Cutout),能以更少的计算量近似找到最坏情况掩码位置。实验表明,采用Greedy Cutout训练的模型在PatchCleanser框架下,相较于Random Cutout,能在多种数据集和架构上提升认证鲁棒准确率。在ImageNet数据集上,使用ViT-B16-224模型时,针对图像任意位置施加的3%正方形补丁,认证鲁棒准确率从58.1%提升至62.3%。

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
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
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
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
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
3+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
1+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8月4日
Arxiv
20+阅读 · 2018年1月17日
VIP会员
最新内容
《通过小型无人机系统将情报能力“作战化”》
专知会员服务
3+阅读 · 今天7:28
消耗优势:美军的“精确规模化”概念
专知会员服务
7+阅读 · 6月15日
《离线语言支持系统:面向空战战术决策》
专知会员服务
8+阅读 · 6月15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
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
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
3+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
1+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