Comparing representations of complex stimuli in neural network layers to human brain representations or behavioral judgments can guide model development. However, even qualitatively distinct neural network models often predict similar representational geometries of typical stimulus sets. We propose a Bayesian experimental design approach to synthesizing stimulus sets for adjudicating among representational models efficiently. We apply our method to discriminate among candidate neural network models of behavioral face dissimilarity judgments. Our results indicate that a neural network trained to invert a 3D-face-model graphics renderer is more human-aligned than the same architecture trained on identification, classification, or autoencoding. Our proposed stimulus synthesis objective is generally applicable to designing experiments to be analyzed by representational similarity analysis for model comparison.
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随着脑成像技术和机器学习工具的出现，很多努力都致力于构建计算模型来捕获人脑中的视觉信息的编码。最具挑战性的大脑解码任务之一是通过功能磁共振成像（FMRI）测量的脑活动的感知自然图像的精确重建。在这项工作中，我们调查了来自FMRI的自然图像重建的最新学习方法。我们在架构设计，基准数据集和评估指标方面检查这些方法，并在标准化评估指标上呈现公平的性能评估。最后，我们讨论了现有研究的优势和局限，并提出了潜在的未来方向。
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卷积神经网络（CNNS）容易受到对抗的攻击，将微型噪声添加到图像中的现象可以欺骗CNNS被错误分类。因为这种噪声对人类观察者几乎是不可察觉的，所以假设生物视觉对抗对抗性攻击是鲁棒性的。尽管具有这种明显的鲁棒性差异，但CNN是目前是生物视觉的最佳模型，揭示了脑部响应对抗性图像的响应方式的差距。实际上，对正常情况下的生物视觉尚未测量对逆势攻击的敏感性，也没有专门用于影响生物视觉的攻击方法。我们研究了对抗性攻击对灵长类动物视力的影响，测量猴神经元反应和人类行为。通过从一个类别（例如人面）来修改图像来创建对抗性图像，看起来像目标类别（例如猴子面），同时限制像素值改变。我们通过几种攻击方法测试了三次攻击方向，包括使用CNN对抗性图像并使用基于CNN的预测模型来指导猴子视觉神经元反应。我们认为广泛的图像变化大幅度，涉及攻击成功率高达> 90％。我们发现为CNN设计的对抗性图像在攻击灵长类动物视觉时无效。即使在考虑最佳的攻击方法时，灵长类动物的视觉也比CNN的集合攻击更强大，而不是CNN的集合，需要超过100倍的图像改变以成功攻击。单个攻击方法和图像的成功与猴子神经元和人类行为之间相关，但在分类和CNN分类之间不太相关。始终如一地，当在自然图像培训时，基于CNN的神经元模型并未概括地解释对对抗性图像的神经元反应。
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在过去几年中，许多面部分析任务已经完成了惊人的性能，其中应用包括来自单个“野外”图像的面部生成和3D面重建。尽管如此，据我们所知，没有方法可以从“野外”图像中产生渲染的高分辨率3D面，并且这可以归因于：（a）可用数据的跨度进行培训（b）缺乏可以成功应用于非常高分辨率数据的强大方法。在这项工作中，我们介绍了一种能够从单个“野外”图像中重建光电型渲染3D面部几何和BRDF的第一种方法。我们捕获了一个大型的面部形状和反射率，我们已经公开了。我们用精确的面部皮肤漫射和镜面反射，自遮挡和地下散射近似来定义快速面部光电型拟型渲染方法。有了这一点，我们训练一个网络，将面部漫射和镜面BRDF组件与烘焙照明的形状和质地一起脱颖而出，以最先进的3DMM配件方法重建。我们的方法通过显着的余量优于现有技术，并从单个低分辨率图像重建高分辨率3D面，这可以在各种应用中呈现，并桥接不一体谷。
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尽管深度强化学习（RL）最近取得了许多成功，但其方法仍然效率低下，这使得在数据方面解决了昂贵的许多问题。我们的目标是通过利用未标记的数据中的丰富监督信号来进行学习状态表示，以解决这一问题。本文介绍了三种不同的表示算法，可以访问传统RL算法使用的数据源的不同子集使用：（i）GRICA受到独立组件分析（ICA）的启发，并训练深层神经网络以输出统计独立的独立特征。输入。 Grica通过最大程度地减少每个功能与其他功能之间的相互信息来做到这一点。此外，格里卡仅需要未分类的环境状态。 （ii）潜在表示预测（LARP）还需要更多的上下文：除了要求状态作为输入外，它还需要先前的状态和连接它们的动作。该方法通过预测当前状态和行动的环境的下一个状态来学习状态表示。预测器与图形搜索算法一起使用。 （iii）重新培训通过训练深层神经网络来学习国家表示，以学习奖励功能的平滑版本。该表示形式用于预处理输入到深度RL，而奖励预测指标用于奖励成型。此方法仅需要环境中的状态奖励对学习表示表示。我们发现，每种方法都有其优势和缺点，并从我们的实验中得出结论，包括无监督的代表性学习在RL解决问题的管道中可以加快学习的速度。
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可解释的人工智能（XAI）的新兴领域旨在为当今强大但不透明的深度学习模型带来透明度。尽管本地XAI方法以归因图的形式解释了个体预测，从而确定了重要特征的发生位置（但没有提供有关其代表的信息），但全局解释技术可视化模型通常学会的编码的概念。因此，两种方法仅提供部分见解，并留下将模型推理解释的负担。只有少数当代技术旨在将本地和全球XAI背后的原则结合起来，以获取更多信息的解释。但是，这些方法通常仅限于特定的模型体系结构，或对培训制度或数据和标签可用性施加其他要求，这实际上使事后应用程序成为任意预训练的模型。在这项工作中，我们介绍了概念相关性传播方法（CRP）方法，该方法结合了XAI的本地和全球观点，因此允许回答“何处”和“ where”和“什么”问题，而没有其他约束。我们进一步介绍了相关性最大化的原则，以根据模型对模型的有用性找到代表性的示例。因此，我们提高了对激活最大化及其局限性的共同实践的依赖。我们证明了我们方法在各种环境中的能力，展示了概念相关性传播和相关性最大化导致了更加可解释的解释，并通过概念图表，概念组成分析和概念集合和概念子区和概念子区和概念子集和定量研究对模型的表示和推理提供了深刻的见解。它们在细粒度决策中的作用。
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2021-07-29
深度神经网络在计算机视觉中的许多任务中设定了最先进的，但它们的概括对象扭曲的能力令人惊讶地是脆弱的。相比之下，哺乳动物视觉系统对广泛的扰动是强大的。最近的工作表明，这种泛化能力可以通过在整个视觉皮层中的视觉刺激的表示中编码的有用的电感偏差来解释。在这里，我们成功利用了多任务学习方法的这些归纳偏差：我们共同训练了深度网络以进行图像分类并预测猕猴初级视觉皮层（V1）中的神经活动。我们通过测试其对图像扭曲的鲁棒性来衡量我们网络的分发广泛性能力。我们发现，尽管在训练期间没有这些扭曲，但猴子V1数据的共同训练导致鲁棒性增加。此外，我们表明，我们的网络的鲁棒性非常接近Oracle网络的稳定性，其中架构的部分在嘈杂的图像上直接培训。我们的结果还表明，随着鲁布利的改善，网络的表示变得更加大脑。使用新颖的约束重建分析，我们调查了我们的大脑正规网络更加强大的原因。与我们仅对图像分类接受培训的基线网络相比，我们的共同训练网络对内容比噪声更敏感。使用深度预测的显着性图，用于想象成像图像，我们发现我们的猴子共同训练的网络对场景中的突出区域倾向更敏感，让人想起V1在对象边界的检测中的作用和自下而上的角色显着性。总体而言，我们的工作扩大了从大脑转移归纳偏见的有前途的研究途径，并为我们转移的影响提供了新的分析。
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由于其语义上的理解和用户友好的可控性，通过三维引导，通过三维引导的面部图像操纵已广泛应用于各种交互式场景。然而，现有的基于3D形式模型的操作方法不可直接适用于域名面，例如非黑色素化绘画，卡通肖像，甚至是动物，主要是由于构建每个模型的强大困难具体面部域。为了克服这一挑战，据我们所知，我们建议使用人为3DMM操纵任意域名的第一种方法。这是通过两个主要步骤实现的：1）从3DMM参数解开映射到潜在的STYLEGO2的潜在空间嵌入，可确保每个语义属性的解除响应和精确的控制; 2）通过实施一致的潜空间嵌入，桥接域差异并使人类3DMM适用于域外面的人类3DMM。实验和比较展示了我们高质量的语义操作方法在各种面部域中的优越性，所有主要3D面部属性可控姿势，表达，形状，反照镜和照明。此外，我们开发了直观的编辑界面，以支持用户友好的控制和即时反馈。我们的项目页面是https://cassiepython.github.io/cddfm3d/index.html
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In modern face recognition, the conventional pipeline consists of four stages: detect ⇒ align ⇒ represent ⇒ classify. We revisit both the alignment step and the representation step by employing explicit 3D face modeling in order to apply a piecewise affine transformation, and derive a face representation from a nine-layer deep neural network. This deep network involves more than 120 million parameters using several locally connected layers without weight sharing, rather than the standard convolutional layers. Thus we trained it on the largest facial dataset to-date, an identity labeled dataset of four million facial images belonging to more than 4,000 identities. The learned representations coupling the accurate model-based alignment with the large facial database generalize remarkably well to faces in unconstrained environments, even with a simple classifier. Our method reaches an accuracy of 97.35% on the Labeled Faces in the Wild (LFW) dataset, reducing the error of the current state of the art by more than 27%, closely approaching human-level performance.
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2022-01-28
模型反转攻击（MIAS）旨在创建合成图像，通过利用模型的学习知识来反映目标分类器的私人培训数据中的班级特征。先前的研究开发了生成的MIA，该MIA使用生成的对抗网络（GAN）作为针对特定目标模型的图像先验。这使得攻击时间和资源消耗，不灵活，并且容易受到数据集之间的分配变化的影响。为了克服这些缺点，我们提出了插头攻击，从而放宽了目标模型和图像之前的依赖性，并启用单个GAN来攻击广泛的目标，仅需要对攻击进行少量调整。此外，我们表明，即使在公开获得的预训练的gan和强烈的分配转变下，也可以实现强大的MIA，而先前的方法无法产生有意义的结果。我们的广泛评估证实了插头攻击的鲁棒性和灵活性，以及它们创建高质量图像的能力，揭示了敏感的类特征。
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深度神经网络在人类分析中已经普遍存在，增强了应用的性能，例如生物识别识别，动作识别以及人重新识别。但是，此类网络的性能通过可用的培训数据缩放。在人类分析中，对大规模数据集的需求构成了严重的挑战，因为数据收集乏味，廉价，昂贵，并且必须遵守数据保护法。当前的研究研究了\ textit {合成数据}的生成，作为在现场收集真实数据的有效且具有隐私性的替代方案。这项调查介绍了基本定义和方法，在生成和采用合成数据进行人类分析时必不可少。我们进行了一项调查，总结了当前的最新方法以及使用合成数据的主要好处。我们还提供了公开可用的合成数据集和生成模型的概述。最后，我们讨论了该领域的局限性以及开放研究问题。这项调查旨在为人类分析领域的研究人员和从业人员提供。
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Our goal with this survey is to provide an overview of the state of the art deep learning technologies for face generation and editing. We will cover popular latest architectures and discuss key ideas that make them work, such as inversion, latent representation, loss functions, training procedures, editing methods, and cross domain style transfer. We particularly focus on GAN-based architectures that have culminated in the StyleGAN approaches, which allow generation of high-quality face images and offer rich interfaces for controllable semantics editing and preserving photo quality. We aim to provide an entry point into the field for readers that have basic knowledge about the field of deep learning and are looking for an accessible introduction and overview.
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长期以来，对新概念的强大概括一直是人类智力的独特特征。然而，深层生成模型的最新进展已导致神经体系结构能够从单个训练示例中综合新的视觉概念实例。但是，这些模型与人之间的更精确比较是不可能的，因为生成模型的现有性能指标（即FID，IS，可能性）不适合单次生成场景。在这里，我们提出了一个新框架，以评估沿两个轴的单发生成模型：样本可识别性与多样性（即类内变异性）。使用此框架，我们对Omniglot手写数据集上的代表性单弹性生成模型进行系统评估。我们首先表明类似GAN的模型属于多样性可识别性空间的相对端。对关键模型参数效果的广泛分析进一步表明，空间注意力和上下文集成对多样性可识别性的权衡具有线性贡献。相比之下，解散将模型沿抛物线曲线运输，该模型可用于最大化识别率。使用多样性可识别性框架，我们能够识别紧密近似人类数据的模型和参数。
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We present PhoMoH, a neural network methodology to construct generative models of photorealistic 3D geometry and appearance of human heads including hair, beards, clothing and accessories. In contrast to prior work, PhoMoH models the human head using neural fields, thus supporting complex topology. Instead of learning a head model from scratch, we propose to augment an existing expressive head model with new features. Concretely, we learn a highly detailed geometry network layered on top of a mid-resolution head model together with a detailed, local geometry-aware, and disentangled color field. Our proposed architecture allows us to learn photorealistic human head models from relatively little data. The learned generative geometry and appearance networks can be sampled individually and allow the creation of diverse and realistic human heads. Extensive experiments validate our method qualitatively and across different metrics.
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在2015年和2019年之间，地平线的成员2020年资助的创新培训网络名为“Amva4newphysics”，研究了高能量物理问题的先进多变量分析方法和统计学习工具的定制和应用，并开发了完全新的。其中许多方法已成功地用于提高Cern大型Hadron撞机的地图集和CMS实验所执行的数据分析的敏感性;其他几个人，仍然在测试阶段，承诺进一步提高基本物理参数测量的精确度以及新现象的搜索范围。在本文中，在研究和开发的那些中，最相关的新工具以及对其性能的评估。
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Image-generating machine learning models are typically trained with loss functions based on distance in the image space. This often leads to over-smoothed results. We propose a class of loss functions, which we call deep perceptual similarity metrics (DeePSiM), that mitigate this problem. Instead of computing distances in the image space, we compute distances between image features extracted by deep neural networks. This metric better reflects perceptually similarity of images and thus leads to better results. We show three applications: autoencoder training, a modification of a variational autoencoder, and inversion of deep convolutional networks. In all cases, the generated images look sharp and resemble natural images.
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Recent years witnessed the breakthrough of face recognition with deep convolutional neural networks. Dozens of papers in the field of FR are published every year. Some of them were applied in the industrial community and played an important role in human life such as device unlock, mobile payment, and so on. This paper provides an introduction to face recognition, including its history, pipeline, algorithms based on conventional manually designed features or deep learning, mainstream training, evaluation datasets, and related applications. We have analyzed and compared state-of-the-art works as many as possible, and also carefully designed a set of experiments to find the effect of backbone size and data distribution. This survey is a material of the tutorial named The Practical Face Recognition Technology in the Industrial World in the FG2023.
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本文的目标是对面部素描合成（FSS）问题进行全面的研究。然而，由于获得了手绘草图数据集的高成本，因此缺乏完整的基准，用于评估过去十年的FSS算法的开发。因此，我们首先向FSS引入高质量的数据集，名为FS2K，其中包括2,104个图像素描对，跨越三种类型的草图样式，图像背景，照明条件，肤色和面部属性。 FS2K与以前的FSS数据集不同于难度，多样性和可扩展性，因此应促进FSS研究的进展。其次，我们通过调查139种古典方法，包括34个手工特征的面部素描合成方法，37个一般的神经式传输方法，43个深映像到图像翻译方法，以及35个图像 - 素描方法。此外，我们详细说明了现有的19个尖端模型的综合实验。第三，我们为FSS提供了一个简单的基准，名为FSGAN。只有两个直截了当的组件，即面部感知屏蔽和风格矢量扩展，FSGAN将超越所提出的FS2K数据集的所有先前最先进模型的性能，通过大边距。最后，我们在过去几年中汲取的经验教训，并指出了几个未解决的挑战。我们的开源代码可在https://github.com/dengpingfan/fsgan中获得。
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This paper proposes Markovian Generative Adversarial Networks (MGANs), a method for training generative neural networks for efficient texture synthesis. While deep neural network approaches have recently demonstrated remarkable results in terms of synthesis quality, they still come at considerable computational costs (minutes of run-time for low-res images). Our paper addresses this efficiency issue. Instead of a numerical deconvolution in previous work, we precompute a feedforward, strided convolutional network that captures the feature statistics of Markovian patches and is able to directly generate outputs of arbitrary dimensions. Such network can directly decode brown noise to realistic texture, or photos to artistic paintings. With adversarial training, we obtain quality comparable to recent neural texture synthesis methods. As no optimization is required any longer at generation time, our run-time performance (0.25M pixel images at 25Hz) surpasses previous neural texture synthesizers by a significant margin (at least 500 times faster). We apply this idea to texture synthesis, style transfer, and video stylization.
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形状信息对于人类感知和认知至关重要，因此也应该在认知AI系统中发挥作用。我们采用概念空间的跨学科框架，这提出了通过低维解释相似空间提出概念知识的几何表示。这些相似度空间通常基于一小组刺激的心理不相似性评级，然后通过称为多维缩放的技术转换成空间表示。不幸的是，这种方法无法概括为新的刺激。在本文中，我们使用卷积神经网络来学习感知输入（灰度线图的像素）之间的概括映射，以及形状域的最近提出的心理相似性空间。我们调查不同的网络架构（分类网络与Autalencoder）和不同的培训制度（转移学习与多任务学习）。我们的结果表明，基于分类的多任务学习场景产生了最佳结果，但其性能对相似空间的维度相对敏感。
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