Deep autoencoders provide an effective tool for learning non-linear dimensionality reduction in an unsupervised way. Recently, they have been used for the task of anomaly detection in the visual domain. By optimizing for the reconstruction error using anomaly-free examples, the common belief is that a corresponding network should fail to accurately reconstruct anomalous regions in the application phase. This goal is typically addressed by controlling the capacity of the network, either by reducing the size of the bottleneck layer or by enforcing sparsity constraints on the activations. However, neither of these techniques does explicitly penalize reconstruction of anomalous signals often resulting in poor detection. We tackle this problem by adapting a self-supervised learning regime that allows the use of discriminative information during training but focuses on the data manifold of normal examples. We emphasize that inference with our approach is very efficient during training and prediction requiring a single forward pass for each input image. Our experiments on the MVTec AD dataset demonstrate high detection and localization performance. On the texture-subset, in particular, our approach consistently outperforms recent anomaly detection methods by a significant margin.


翻译:深度自编码器为无监督学习非线性降维提供了有效工具。近年来,它们被应用于视觉领域的异常检测任务。通过使用无异常样本优化重建误差,普遍认为相应网络应在应用阶段无法准确重建异常区域。这一目标通常通过控制网络容量实现,具体方式包括缩小瓶颈层尺寸或对激活值施加稀疏性约束。然而,这两种技术均未显式惩罚异常信号的重建,常导致检测性能不佳。我们通过引入自监督学习机制解决该问题:该机制在训练阶段利用判别性信息,但聚焦于正常样本的数据流形。我们强调,所提方法在训练与预测阶段均能实现高效推理——每张输入图像仅需单次前向传播。在MVTec AD数据集上的实验表明,该方法展现出卓越的检测与定位性能。尤其值得关注的是,在纹理子集上,本方法以显著优势持续超越现有异常检测方法。

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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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