Anomaly detection and localization without any manual annotations and prior knowledge is a challenging task under the setting of unsupervised learning. The existing works achieve excellent performance in the anomaly detection, but with complex networks or cumbersome pipelines. To address this issue, this paper explores a simple but effective architecture in the anomaly detection. It consists of a well pre-trained encoder to extract hierarchical feature representations and a decoder to reconstruct these intermediate features from the encoder. In particular, it does not require any data augmentations and anomalous images for training. The anomalies can be detected when the decoder fails to reconstruct features well, and then errors of hierarchical feature reconstruction are aggregated into an anomaly map to achieve anomaly localization. The difference comparison between those features of encoder and decode lead to more accurate and robust localization results than the comparison in single feature or pixel-by-pixel comparison in the conventional works. Experiment results show that the proposed method outperforms the state-of-the-art methods on MNIST, Fashion-MNIST, CIFAR-10, and MVTec Anomaly Detection datasets on both anomaly detection and localization.


翻译:在无监督学习设置下,不依赖任何人工标注和先验知识进行异常检测与定位是一项具有挑战性的任务。现有工作在异常检测中取得了优异性能,但往往采用复杂网络或繁琐流程。为应对此问题,本文探索了一种简单而有效的异常检测架构。该架构包含一个预训练良好的编码器,用于提取层级特征表征;以及一个解码器,用于重构来自编码器的这些中间特征。特别地,该方法无需任何数据增强或异常图像进行训练。当解码器无法良好重构特征时,可检测出异常,随后通过聚合层级特征重构的误差生成异常图,从而实现异常定位。相较于传统方法中基于单一特征或逐像素比较的方式,对编码器与解码器特征进行差异比较能够获得更精准、鲁棒的定位结果。实验结果表明,所提方法在MNIST、Fashion-MNIST、CIFAR-10及MVTec异常检测数据集上的异常检测与定位任务中均优于现有最先进方法。

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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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