2022-11-28
We propose a very fast frame-level model for anomaly detection in video, which learns to detect anomalies by distilling knowledge from multiple highly accurate object-level teacher models. To improve the fidelity of our student, we distill the low-resolution anomaly maps of the teachers by jointly applying standard and adversarial distillation, introducing an adversarial discriminator for each teacher to distinguish between target and generated anomaly maps. We conduct experiments on three benchmarks (Avenue, ShanghaiTech, UCSD Ped2), showing that our method is over 7 times faster than the fastest competing method, and between 28 and 62 times faster than object-centric models, while obtaining comparable results to recent methods. Our evaluation also indicates that our model achieves the best trade-off between speed and accuracy, due to its previously unheard-of speed of 1480 FPS. In addition, we carry out a comprehensive ablation study to justify our architectural design choices.
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最近在文献中引入了用于视频异常检测的自我监督的多任务学习（SSMTL）框架。由于其准确的结果，该方法吸引了许多研究人员的注意。在这项工作中，我们重新审视了自我监督的多任务学习框架，并提出了对原始方法的几个更新。首先，我们研究各种检测方法，例如基于使用光流或背景减法检测高运动区域，因为我们认为当前使用的预训练的Yolov3是次优的，例如从未检测到运动中的对象或来自未知类的对象。其次，我们通过引入多头自发项模块的启发，通过引入多头自我发项模块，使3D卷积骨干链现代化。因此，我们替代地引入了2D和3D卷积视觉变压器（CVT）块。第三，为了进一步改善模型，我们研究了其他自我监督的学习任务，例如通过知识蒸馏来预测细分图，解决拼图拼图，通过知识蒸馏估算身体的姿势，预测掩盖的区域（Inpaining）和对抗性学习具有伪异常。我们进行实验以评估引入变化的性能影响。在找到框架的更有希望的配置后，称为SSMTL ++ V1和SSMTL ++ V2后，我们将初步实验扩展到了更多数据集，表明我们的性能提高在所有数据集中都是一致的。在大多数情况下，我们在大道，上海the夫和Ubnormal上的结果将最新的表现提升到了新的水平。
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在计算机视觉领域，异常检测最近引起了越来越多的关注，这可能是由于其广泛的应用程序从工业生产线上的产品故障检测到视频监视中即将发生的事件检测到在医疗扫描中发现病变。不管域如何，通常将异常检测构架为一级分类任务，其中仅在正常示例上进行学习。整个成功的异常检测方法的家庭基于学习重建掩盖的正常输入（例如贴片，未来帧等），并将重建误差的幅度作为异常水平的指标。与其他基于重建的方法不同，我们提出了一种新颖的自我监督蒙面的卷积变压器块（SSMCTB），该卷积变压器块（SSMCTB）包括基于重建的功能在核心架构层面上。拟议的自我监督块非常灵活，可以在神经网络的任何层上掩盖信息，并与广泛的神经体系结构兼容。在这项工作中，我们扩展了以前的自我监督预测性卷积专注块（SSPCAB），并具有3D掩盖的卷积层，以及用于频道注意的变压器。此外，我们表明我们的块适用于更广泛的任务，在医学图像和热视频中添加异常检测到基于RGB图像和监视视频的先前考虑的任务。我们通过将SSMCTB的普遍性和灵活性整合到多个最先进的神经模型中，以进行异常检测，从而带来了经验结果，可以证实对五个基准的绩效改进：MVTEC AD，BRATS，BRATS，Avenue，Shanghaitech和Thermal和Thermal和Thermal罕见事件。我们在https://github.com/ristea/ssmctb上发布代码和数据作为开源。
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异常检测通常被追求为单级分类问题，其中模型只能从正常训练样本中学习，同时在正常和异常的测试样本上进行评估。在异常检测的成功方法中，一种杰出的方法依赖于预测屏蔽信息（例如修补程序，未来帧等）并利用相对于屏蔽信息的重建误差作为异常分数。与相关方法不同，我们建议将基于重建的功能集成为新颖的自我监督的预测建筑结构块。所提出的自我监督块是通用的，并且可以容易地结合到各种最先进的异常检测方法中。我们的块从带有扩张过滤器的卷积层开始，其中掩盖接收场的中心区域。得到的激活图通过通道注意模块传递。我们的块配备有损失，使得能够最小化接收领域中的遮蔽区域的重建误差。我们通过将其集成到几种最先进的框架中，以便在图像和视频上进行异常检测，提供对MVTEC AD，Avenue和Shanghaitech的经验证据提供了显着改进的经验证据。
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检测视频中的异常事件通常被帧为单级分类任务，其中培训视频仅包含正常事件，而测试视频包含正常和异常事件。在这种情况下，异常检测是一个开放式问题。然而，一些研究吸收异常检测行动识别。这是一个封闭式场景，无法测试检测到新的异常类型时系统的能力。为此，我们提出UbnorMal，这是一个由多个虚拟场景组成的新的监督开放式基准，用于视频异常检测。与现有数据集不同，我们首次引入在训练时间的像素级别注释的异常事件，从而实现了用于异常事件检测的完全监督的学习方法。为了保留典型的开放式配方，我们确保在我们的培训和测试集合中包括Disjoint集的异常类型。据我们所知，Ubnormal是第一个视频异常检测基准，以允许一流的开放模型和监督闭合模型之间的公平头部比较，如我们的实验所示。此外，我们提供了实证证据，表明Ubnormal可以提高两个突出数据集，大道和上海学习的最先进的异常检测框架的性能。
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视频异常检测（VAD）是计算机视觉中的重要主题。本文通过最新的自我监督学习进展的激励，通过解决直观而又具有挑战性的借口任务，即时空拼图拼图来解决VAD，该任务是一个多标签的精细粒度分类问题。我们的方法比现有作品具有几个优点：1）时空拼图难题是根据空间和时间维度分离的，分别捕获了高度歧视性的外观和运动特征； 2）完全排列用于提供涵盖各种难度水平的丰富拼图难题，从而使网络能够区分正常事件和异常事件之间的细微时空差异； 3）借口任务以端到端的方式解决，而无需依赖任何预训练的模型。我们的方法优于三个公共基准的最先进的方法。尤其是在上海校园中，其结果优于重建和基于预测的方法。
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当前，借助监督学习方法，基于深度学习的视觉检查已取得了非常成功的成功。但是，在实际的工业场景中，缺陷样本的稀缺性，注释的成本以及缺乏缺陷的先验知识可能会使基于监督的方法无效。近年来，无监督的异常定位算法已在工业检查任务中广泛使用。本文旨在通过深入学习在工业图像中无视无视的异常定位中的最新成就来帮助该领域的研究人员。该调查回顾了120多个重要出版物，其中涵盖了异常定位的各个方面，主要涵盖了所审查方法的各种概念，挑战，分类法，基准数据集和定量性能比较。在审查迄今为止的成就时，本文提供了一些未来研究方向的详细预测和分析。这篇综述为对工业异常本地化感兴趣的研究人员提供了详细的技术信息，并希望将其应用于其他领域的异常本质。
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在当代社会中，监视异常检测，即在监视视频中发现异常事件，例如犯罪或事故，是一项关键任务。由于异常发生很少发生，大多数培训数据包括没有标记的视频，没有异常事件，这使得任务具有挑战性。大多数现有方法使用自动编码器（AE）学习重建普通视频；然后，他们根据未能重建异常场景的出现来检测异常。但是，由于异常是通过外观和运动来区分的，因此许多先前的方法使用预训练的光流模型明确分开了外观和运动信息，例如。这种明确的分离限制了两种类型的信息之间的相互表示功能。相比之下，我们提出了一个隐式的两路AE（ITAE），其中两个编码器隐含模型外观和运动特征以及一个将它们组合在一起以学习正常视频模式的结构。对于正常场景的复杂分布，我们建议通过归一化流量（NF）的生成模型对ITAE特征的正常密度估计，以学习可拖动的可能性，并使用无法分布的检测来识别异常。 NF模型通过隐式学习的功能通过学习正常性来增强ITAE性能。最后，我们在六个基准测试中演示了ITAE及其特征分布建模的有效性，包括在现实世界中包含各种异常的数据库。
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异常识别高度取决于对象与场景之间的关系，因为相同/不同场景中的不同/相同对象动作可能导致各种程度的正态性和异常。因此，对象场景关系实际上在异常检测中起着至关重要的作用，但在以前的工作中探讨了不足。在本文中，我们提出了一个时空关系学习（STRL）框架来解决视频异常检测任务。首先，考虑到对象的动态特征以及场景区域，我们构建了一个时空自动编码器（STAE），以共同利用代表学习的空间和时间演化模式。为了获得更好的图案提取，在STAE模块中设计了两个解码分支，即通过直接预测下一个帧来捕获空间提示的外观分支，以及一个运动分支，重点是通过光流预测对动态进行建模。然后，为了很好地融合对象场所关系，设计了一个关系学习（RL）模块来通过引入知识图嵌入方法来分析和总结正常关系。在此过程中具体来说，通过共同建模对象/场景特征和优化的对象场所关系图来衡量对象场景关系的合理性。在三个公共数据集上进行了广泛的实验，而对最新方法的优越性能证明了我们方法的有效性。
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视频异常检测是现在计算机视觉中的热门研究主题之一，因为异常事件包含大量信息。异常是监控系统中的主要检测目标之一，通常需要实时行动。关于培训的标签数据的可用性（即，没有足够的标记数据进行异常），半监督异常检测方法最近获得了利益。本文介绍了该领域的研究人员，以新的视角，并评论了最近的基于深度学习的半监督视频异常检测方法，基于他们用于异常检测的共同策略。我们的目标是帮助研究人员开发更有效的视频异常检测方法。由于选择右深神经网络的选择对于这项任务的几个部分起着重要作用，首先准备了对DNN的快速比较审查。与以前的调查不同，DNN是从时空特征提取观点审查的，用于视频异常检测。这部分审查可以帮助本领域的研究人员选择合适的网络，以获取其方法的不同部分。此外，基于其检测策略，一些最先进的异常检测方法受到严格调查。审查提供了一种新颖，深入了解现有方法，并导致陈述这些方法的缺点，这可能是未来作品的提示。
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异常检测和本地化是计算机视觉中的重要问题。最近，卷积神经网络（CNN）已被用于视觉检查。特别是，异常样本的稀缺性增加了这项任务的难度，并且无监督的基于倾斜的方法都会引起注意力。我们专注于学生 - 教师特征金字塔匹配（STPM），可以从少量时期的普通图像训练。在这里，我们提出了一种强大的方法，可以补偿STPM的缺点。提出的方法包括两个学生和两位教师，即一对学生 - 教师网络与STPM相同。其他学生 - 教师网络具有重建普通产品的功能的作用。通过从异常图像重建正常产品的特征，可以通过在它们之间的差异来检测具有更高精度的异常。新的学生 - 教师网络使用原始STPM的注意力模块和不同的教师网络。注意机制以成功重建输入图像中的普通区域。不同的教师网络可以防止与原始STPM相同的区域。从两个学生 - 教师网络获得的六个异常地图用于计算最终的异常地图。用于重建的学生教师网络具有与原始STPM相比的像素级别和图像级别的改进AUC分数。
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我们研究了两种现实情景中的一系列识别任务，要求在强闭塞下分析面孔。一方面，我们的目标是识别佩戴虚拟现实（VR）耳机的人们的面部表情。另一方面，我们的目标是估计年龄并确定穿手术面具的人们的性别。对于所有这些任务，共同的地面是遮挡的一半面孔。在这一具有挑战性的环境中，我们表明，在完全可见的面上培训的卷积神经网络（CNNS）表现出非常低的性能水平。在微调遮挡面上的深度学习模型非常有用，我们表明可以通过从完全可见面上培训的模型蒸馏出来的知识来获得额外的性能增益。为此，我们研究了两种知识蒸馏方法，一个基于教师学生培训，一个基于三重态损失。我们的主要贡献包括基于三态损失的知识蒸馏的新方法，这遍历模型和任务。此外，我们考虑通过传统的师生培训或通过我们的小型教师学生培训来组合蒸馏模型，或通过基于三态损失的小说学生培训。我们提供了实证证据表明，在大多数情况下，个人和组合的知识蒸馏方法都会带来统计上显着的性能改进。我们在各种任务（面部表情识别，性别识别，年龄估计）上进行三种不同的神经模型（VGG-F，Vogg-Face，Reset-50）进行实验，而不管模型或任务如何，都显示出一致的改进。
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异常检测是确定不符合正常数据分布的样品。由于异常数据的无法获得，培训监督的深神经网络是一项繁琐的任务。因此，无监督的方法是解决此任务的常见方法。深度自动编码器已被广泛用作许多无监督的异常检测方法的基础。但是，深层自动编码器的一个显着缺点是，它们通过概括重建异常值来提供不足的表示异常检测的表示。在这项工作中，我们设计了一个对抗性框架，该框架由两个竞争组件组成，一个对抗性变形者和一个自动编码器。对抗性变形器是一种卷积编码器，学会产生有效的扰动，而自动编码器是一个深层卷积神经网络，旨在重建来自扰动潜在特征空间的图像。这些网络经过相反的目标训练，在这种目标中，对抗性变形者会产生用于编码器潜在特征空间的扰动，以最大化重建误差，并且自动编码器试图中和这些扰动的效果以最大程度地减少它。当应用于异常检测时，该提出的方法会由于对特征空间的扰动应用而学习语义上的富裕表示。所提出的方法在图像和视频数据集上的异常检测中优于现有的最新方法。
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无监督的异常检测和定位是至关重要的任务，因为不可能收集和标记所有可能的异常。许多研究强调了整合本地和全球信息以实现异常分割的重要性。为此，对变压器的兴趣越来越大，它允许对远程内容相互作用进行建模。但是，对于大多数图像量表而言，通过自我注意力的全球互动通常太贵了。在这项研究中，我们介绍了Haloae，这是第一个基于Halonet的局部2D版本的自动编码器。使用Haloae，我们创建了一个混合模型，该模型结合了卷积和局部2D块的自我发项层，并通过单个模型共同执行异常检测和分割。我们在MVTEC数据集上取得了竞争成果，表明结合变压器的视觉模型可以受益于自我发挥操作的本地计算，并为其他应用铺平道路。
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视频异常检测旨在在视频中找到不符合预期行为的事件。普遍的方法主要通过摘要重建或将来的框架预测误差来检测异常。但是，该错误高度依赖于当前摘要的局部环境，并且缺乏对正态性的理解。为了解决这个问题，我们建议不仅通过本地环境来检测异常事件，而且还根据测试事件与培训数据正常的知识之间的一致性。具体而言，我们提出了一个基于上下文恢复和知识检索的新颖的两流框架，这两个流可以相互补充。对于上下文恢复流，我们提出了一个时空的U-NET，可以完全利用运动信息来预测未来的框架。此外，我们提出了一种最大的局部误差机制，以减轻复杂前景对象引起的大恢复错误的问题。对于知识检索流，我们提出了一种改进的可学习区域敏感性散列的散列，该哈希通过暹罗网络和相互差异损失来优化哈希功能。关于正态性的知识是编码和存储在哈希表中的，测试事件与知识表示之间的距离用于揭示异常的概率。最后，我们融合了从两个流的异常得分以检测异常。广泛的实验证明了这两个流的有效性和互补性，因此提出的两流框架在四个数据集上实现了最新的性能。
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视频异常检测是计算机视觉社区的一项具有挑战性的任务。大多数基于任务的方法都不考虑独特的空间和时间模式的独立性，而两流结构则缺乏对相关性的探索。在本文中，我们提出了时空记忆增强了两个流动自动编码器框架，该框架可以独立学习外观正常和运动正常，并通过对抗性学习探索相关性。具体而言，我们首先设计了两个代理任务来训练两流结构，以隔离地提取外观和运动特征。然后，将原型特征记录在相应的空间和时间内存池中。最后，编码编码网络通过歧视者进行对抗学习，以探索空间和时间模式之间的相关性。实验结果表明，我们的框架优于最先进的方法，在UCSD PED2和CUHK Avenue数据集上，AUC达到98.1％和89.8％。
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We develop a novel framework for single-scene video anomaly localization that allows for human-understandable reasons for the decisions the system makes. We first learn general representations of objects and their motions (using deep networks) and then use these representations to build a high-level, location-dependent model of any particular scene. This model can be used to detect anomalies in new videos of the same scene. Importantly, our approach is explainable - our high-level appearance and motion features can provide human-understandable reasons for why any part of a video is classified as normal or anomalous. We conduct experiments on standard video anomaly detection datasets (Street Scene, CUHK Avenue, ShanghaiTech and UCSD Ped1, Ped2) and show significant improvements over the previous state-of-the-art.
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深度学习模型已广泛用于监控视频中的异常检测。典型模型配备了重建普通视频的能力，并评估异常视频的重建错误以指示异常的程度。然而，现有方法遭受了两个缺点。首先，它们只能独立地编码每个身份的运动，而不考虑身份之间的相互作用，这也可以指示异常。其次，他们利用了结构在不同场景下固定的粘合模型，这种配置禁止了对场景的理解。在本文中，我们提出了一个分层时空图卷积神经网络（HSTGCNN）来解决这些问题，HSTGCNN由对应于不同级别的图形表示的多个分支组成。高级图形表示编码人们的轨迹以及多个身份之间的交互，而低级图表表示编码每个人的本地身体姿势。此外，我们建议加权组合在不同场景中更好的多个分支。以这种方式实现了对单级图形表示的改进。实现了对场景的理解并提供异常检测。在低分辨率视频中为在低分辨率视频中编码低分辨率视频中的人员的移动速度和方向编码高级别的图表表示，而在高分辨率视频中将更高的权重分配更高的权重。实验结果表明，建议的HSTGCNN在四个基准数据集（UCSD Spistrian，Shanghaitech，Cuhk Aveance和IITB-Whent）上的当前最先进的模型显着优于最新的最先进模型。
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我们提出了空间感知内存队列，用于从放射线照相图像中的内绘和检测异常（缩写为鱿鱼）。放射造影成像协议专注于特定的身体区域，因此在患者中产生具有良好相似性和产生复发解剖结构的图像。要利用此结构化信息，我们的鱿鱼包括一个新的内存队列和特征空间中的新型内绘制块。我们表明鱿鱼可以将根深蒂固的解剖结构分类为复发模式;在推理中，鱿鱼可以识别图像中的异常（看不见的图案）。鱿鱼在两个胸部X射线基准数据集上超过5点以上的未经监督异常检测到现有技术。此外，我们已经创建了一个新的数据集（Digitanatomy），其在胸部解剖学中合成空间相关和一致的形状。我们希望Digitanatomy可以促使异常检测方法的开发，评估和解释性，特别是用于射线照相成像。
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大型预训练的变压器是现代语义分割基准的顶部，但具有高计算成本和冗长的培训。为了提高这种约束，我们从综合知识蒸馏的角度来研究有效的语义分割，并考虑弥合多源知识提取和特定于变压器特定的斑块嵌入之间的差距。我们提出了基于变压器的知识蒸馏（TransKD）框架，该框架通过蒸馏出大型教师变压器的特征地图和补丁嵌入来学习紧凑的学生变形金刚，绕过长期的预训练过程并将FLOPS降低> 85.0％。具体而言，我们提出了两个基本和两个优化模块：（1）交叉选择性融合（CSF）可以通过通道注意和层次变压器内的特征图蒸馏之间的知识转移； （2）嵌入对齐（PEA）在斑块过程中执行尺寸转换，以促进贴片嵌入蒸馏； （3）全局本地上下文混合器（GL-MIXER）提取了代表性嵌入的全局和局部信息； （4）嵌入助手（EA）是一种嵌入方法，可以无缝地桥接老师和学生模型，并具有老师的渠道数量。关于CityScapes，ACDC和NYUV2数据集的实验表明，TransKD的表现优于最先进的蒸馏框架，并竞争了耗时的预训练方法。代码可在https://github.com/ruipingl/transkd上找到。
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