邊界檢測(cè)基準(zhǔn)的元理論.doc

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1、邊界檢測(cè)基準(zhǔn)的元理論摘要人們以相應(yīng)的評(píng)價(jià)算法標(biāo)記數(shù)據(jù)集，在邊界檢測(cè)中發(fā)揮重要的作用。我們?cè)谶@里提出了一種心理物理學(xué)實(shí)驗(yàn)，以確定該基準(zhǔn)測(cè)試的可靠性。而為了找到更好的準(zhǔn)則以評(píng)估任何一種邊界檢測(cè)算法的性能，我們提出了消除人類不適當(dāng)?shù)臉?biāo)簽和估計(jì)邊界的固有特性計(jì)算框架。1引言許多問題在人類和在計(jì)算機(jī)的視覺中是不明確的。在諸如邊界檢測(cè)的問題，沒有客觀的標(biāo)準(zhǔn)，確定是否有感知意義上相應(yīng)的邊界在描述中的某處界限。在制定邊界檢測(cè)算法性能的標(biāo)準(zhǔn)上，人們標(biāo)記的數(shù)據(jù)集（例如bsds300[2]200訓(xùn)練圖像和測(cè)試我100）起著關(guān)鍵作用。這些數(shù)據(jù)集描述以被人類標(biāo)記的少數(shù)數(shù)據(jù)為隱含

2、模型進(jìn)行邊界界定。然而，貼標(biāo)機(jī)制并不總是很融洽。異變的本質(zhì)與邊界檢測(cè)的不確定性質(zhì)有關(guān)。然而，這里有一些令人驚訝的關(guān)于數(shù)據(jù)變異對(duì)邊界檢測(cè)和基準(zhǔn)測(cè)試的影響的論述。即人們普遍認(rèn)為，邊界數(shù)據(jù)機(jī)（如BSDS300）是可靠的。單獨(dú)檢查，每一個(gè)邊界似乎都有理由成為信息描述中的一些潛在的界限。在馬丁等人看來[2]，考慮到標(biāo)簽的變化是由于不同的貼標(biāo)機(jī)制在不同層次的細(xì)節(jié)劃分，[2]認(rèn)為一個(gè)貼標(biāo)機(jī)制可以將某一部分信息反應(yīng)的十分詳細(xì)，而對(duì)其他部分的描述則十分粗糙，不同的貼標(biāo)機(jī)制是一致的在某種意義上，密集的標(biāo)簽細(xì)化稀疏標(biāo)簽沒有矛盾。換句話說，這些不同的標(biāo)簽都來自同一個(gè)概念的知覺

3、層次結(jié)構(gòu)。盡管如此，一個(gè)特定區(qū)域內(nèi)的整體相容性并不足以合理的成為整個(gè)系統(tǒng)的基準(zhǔn)。為了能夠客觀的評(píng)估一個(gè)算法，基準(zhǔn)材料必須避免類型一（假數(shù)據(jù)）和類型二（遺漏）的錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì)。而即使該標(biāo)準(zhǔn)在一個(gè)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集的邊界似乎是合理的，但它仍然是可能會(huì)遺漏一些同樣重要的界限，留給我們一個(gè)不太完美的基準(zhǔn)。有這兩種錯(cuò)誤類型的基準(zhǔn)可能會(huì)對(duì)檢測(cè)真實(shí)邊界產(chǎn)生很不利的影響。我們?cè)谶@里提出了一個(gè)框架來分析任何基準(zhǔn)質(zhì)量或benchability，并驗(yàn)證一定數(shù)量的實(shí)驗(yàn)已完善基準(zhǔn)的最新資料庫。2評(píng)估邊界基準(zhǔn)風(fēng)險(xiǎn)雖然不同的人們對(duì)同一個(gè)界限的標(biāo)注往往包含幾個(gè)像素的空間偏移，但他們相互之間并沒有太

4、多矛盾（例如，一個(gè)繪圖里水平邊界和其他的垂直邊界在相同的位置）?；谶@些觀察，我們可以將來自不同層面對(duì)同一概念(圖像邊界)的標(biāo)記進(jìn)行混合之后形成一個(gè)主圖，在每個(gè)像素位置i，貼標(biāo)機(jī)制的響應(yīng)L是一個(gè)二進(jìn)制值（即，邊緣和非邊緣）。通過將所有貼標(biāo)機(jī)制的響應(yīng)聯(lián)系起來。我們使用分配算法和主因素[3]，以確定是否在某一位置（同一位置）合并相鄰的來自不同分析層面的界限。為了評(píng)估一個(gè)基準(zhǔn)的正確性，我們采用了一個(gè)雙向的強(qiáng)制選擇范式（如圖1所示）。在任何一個(gè)試驗(yàn)中，一個(gè)想法是要求比較兩局部邊界段的相對(duì)感性的力量。類似于[2]，我們沒有給出具體的說明，可能會(huì)對(duì)一個(gè)特定類型的邊

5、界的結(jié)果偏差。這2種替代實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是，它取消了大多數(shù)的認(rèn)知因素的波動(dòng)，如空間注意偏向，主題疲勞，和決策閾值，在每個(gè)主題是不同的。此外，相比繁瑣的標(biāo)簽過程中，這種模式是更簡單，更便宜地實(shí)現(xiàn)通過人群采購。給定足夠數(shù)量的比較和受試者，我們可以確定任何對(duì)邊界段的相對(duì)感性強(qiáng)度。這個(gè)框架對(duì)總邊界的成分組合規(guī)劃了嚴(yán)格的分類排序。我們通過設(shè)置每個(gè)邊界段的邊界加權(quán)值X進(jìn)而映射于總邊界上，因?yàn)橐粋€(gè)采用更頻繁的邊界段（即選擇更頻繁地由受試者）的X是更大的想比另一個(gè)采用概率不高的邊界段的X值。設(shè)定S是所有邊界的數(shù)據(jù)集，是S中的一段邊界值，并且是他的重要組成部分。我們可以定義一

6、個(gè)邊界集S的關(guān)系中產(chǎn)生的一些參考系數(shù)A作為邊界算法的保險(xiǎn)設(shè)置，算法如下：這種模式使我們能夠評(píng)估任何數(shù)據(jù)的相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)，如BSDS300。由于其杰出的人氣，我們選擇pB范圍[3]作為算法的參考A值，我們選擇pB的在邊界的數(shù)量的一個(gè)臨界值，使該算法下S值和參考值A(chǔ)相同S（#A=#S）。為了進(jìn)一步說明其影響，我們進(jìn)一步限制了采樣標(biāo)簽集的子集，我們稱S1為孤立標(biāo)簽，是指只有一個(gè)標(biāo)簽標(biāo)記的邊界而不是由其他L?1貼標(biāo)機(jī)制。BSDS300的邊界數(shù)據(jù)集的30.88%是孤立標(biāo)簽。我們使用了5個(gè)科目，對(duì)100對(duì)邊界段進(jìn)行比較分析（共500個(gè)試驗(yàn)）。對(duì)于每一對(duì)，我們使用的模式的

7、所有5個(gè)科目的響應(yīng)結(jié)果，以對(duì)其進(jìn)行綜合認(rèn)定。預(yù)估S1的平均系數(shù)是0.44。那就意味著，幾乎有半數(shù)情況，一個(gè)“誤報(bào)”算法的邊界響應(yīng)要強(qiáng)于孤立標(biāo)簽的影響，它通常會(huì)被認(rèn)為“真實(shí)”。鑒于孤立標(biāo)簽占據(jù)很大成分（幾乎三分之一的所有邊界），這使得使用BSDS300基準(zhǔn)懷疑任何一個(gè)算法的有效性。給定的臨界值τ，從而得到一個(gè)零風(fēng)險(xiǎn)的完美邊界集，使得對(duì)于任何的和以及任意的都符合的。這個(gè)完美的集合可以由來自所有圖像的所有可能的邊界檢查邊界強(qiáng)度形成。當(dāng)然，依據(jù)當(dāng)前不可靠的貼標(biāo)機(jī)制而注釋的不完善的邊界集S缺乏絕大多數(shù)未標(biāo)記的像素信息。有一種可能性，“合格”的τ的邊界存在于未標(biāo)記

8、的像素中。這個(gè)概率隨著τ增加，因?yàn)樵谒匈N標(biāo)機(jī)制中相對(duì)較強(qiáng)的邊界是不可能被忽視的。事實(shí)上，以臨