過(guò)去的十年里，ImageNet基本就是計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域的「晴雨表」，看準(zhǔn)確率有沒(méi)有提升，就知道有沒(méi)有新技術(shù)問(wèn)世。

「刷榜」一直是模型創(chuàng)新的原動(dòng)力，把模型Top-1準(zhǔn)確率推動(dòng)到90%+，比人類還高。

但I(xiàn)mageNet數(shù)據(jù)集是否真的像我們想象中的那么有用？

很多論文都曾對(duì)ImageNet發(fā)出質(zhì)疑，比如數(shù)據(jù)的覆蓋度、偏見(jiàn)問(wèn)題、標(biāo)簽是否完善等等。

其中最重要的是，模型90%的準(zhǔn)確率是否真的準(zhǔn)確？

最近Google Brain團(tuán)隊(duì)和加州大學(xué)伯克利分校的研究人員重新審視了幾個(gè)sota模型的預(yù)測(cè)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)模型真正的準(zhǔn)確率還可能被低估了！

論文鏈接：https://arxiv.org/pdf/2205.04596.pdf

研究人員通過(guò)對(duì)一些頂級(jí)模型所犯的每一個(gè)錯(cuò)誤進(jìn)行人工審查和分類，以便深入了解基準(zhǔn)數(shù)據(jù)集的長(zhǎng)尾錯(cuò)誤。

其中主要關(guān)注ImageNet的多標(biāo)簽子集評(píng)估，最好的模型已經(jīng)能達(dá)到97%的Top-1的準(zhǔn)確率。

這項(xiàng)研究的分析結(jié)果顯示，將近一半的所謂的預(yù)測(cè)錯(cuò)誤根本就不是錯(cuò)誤，并且還在圖片中發(fā)現(xiàn)了新的多標(biāo)簽，也就是說(shuō)，如果沒(méi)有人工審查過(guò)預(yù)測(cè)結(jié)果，這些模型的性能可能都是被「低估」的！

不熟練的眾包數(shù)據(jù)標(biāo)注員往往會(huì)把數(shù)據(jù)標(biāo)注錯(cuò)誤，在很大程度上也影響了模型準(zhǔn)確率的真實(shí)性。

為了校準(zhǔn)ImageNet數(shù)據(jù)集，促進(jìn)未來(lái)的良性進(jìn)展，研究人員在文中提供了一個(gè)更新版的多標(biāo)簽評(píng)估集，并把sota模型預(yù)測(cè)存在明顯錯(cuò)誤的68個(gè)例子組合為一個(gè)新數(shù)據(jù)集ImageNet-Major，以方便未來(lái)CV研究者攻克這些bad case

還上「技術(shù)債」

從文章的標(biāo)題「什么時(shí)候面團(tuán)成了百吉餅？」就可以看出作者主要關(guān)注ImageNet里的標(biāo)簽問(wèn)題，這也屬于是歷史遺留問(wèn)題了。

下圖是一個(gè)非常典型的標(biāo)簽歧義例子，圖片里的標(biāo)簽為「面團(tuán)」，模型的預(yù)測(cè)結(jié)果為「百吉餅」，錯(cuò)了嗎？

這個(gè)模型理論上來(lái)說(shuō)并沒(méi)有預(yù)測(cè)錯(cuò)誤，因?yàn)槊鎴F(tuán)正在烤，馬上就要成百吉餅了，所以既是面團(tuán)又是百吉餅。

可以見(jiàn)得模型實(shí)際上已經(jīng)能夠預(yù)測(cè)到這個(gè)面團(tuán)「即將成為」百吉餅，但在準(zhǔn)確率上卻沒(méi)有拿到這一分。

實(shí)際上，以標(biāo)準(zhǔn)ImageNet數(shù)據(jù)集的分類任務(wù)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，缺乏多標(biāo)簽、標(biāo)簽噪聲、未指定的類別等問(wèn)題都在所難免。

從負(fù)責(zé)識(shí)別此類對(duì)象的眾包標(biāo)注員的角度來(lái)看，這是一個(gè)語(yǔ)義甚至是哲學(xué)上的難題，只能通過(guò)多標(biāo)簽來(lái)解決，所以在ImageNet的衍生數(shù)據(jù)集中主要改善的就是標(biāo)簽問(wèn)題。

距ImageNet成立已經(jīng)過(guò)了16年，當(dāng)時(shí)的標(biāo)注人員、模型開(kāi)發(fā)者對(duì)數(shù)據(jù)的理解肯定不如今天豐富，而ImageNet又是早期的大容量、標(biāo)注相對(duì)良好的數(shù)據(jù)集，所以ImageNet很自然而然地成了CV刷榜的標(biāo)準(zhǔn)。

但標(biāo)注數(shù)據(jù)的預(yù)算顯然不如開(kāi)發(fā)模型來(lái)的多，所以標(biāo)簽問(wèn)題的改善也成了一種技術(shù)債。

為了找出ImageNet中剩下的錯(cuò)誤，研究人員使用了一個(gè)具有 30 億參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)ViT-3B模型（能夠達(dá)到 89.5% 的準(zhǔn)確度），其中JFT-3B作為預(yù)訓(xùn)練模型，并在ImageNet-1K上進(jìn)行了微調(diào)。

使用ImageNet2012_multilabel的數(shù)據(jù)集作為測(cè)試集的情況下，ViT-3B初步達(dá)到的準(zhǔn)確率為96.3%，其中模型明顯錯(cuò)誤預(yù)測(cè)了676個(gè)圖像，然后對(duì)這些例子進(jìn)行深入研究。

在重新標(biāo)注數(shù)據(jù)時(shí)，作者沒(méi)有選擇眾包，而是組建了一個(gè)5名專家評(píng)審組成的小組進(jìn)行標(biāo)注，因?yàn)檫@類標(biāo)注錯(cuò)誤對(duì)于非專業(yè)人員來(lái)說(shuō)很難識(shí)別出來(lái)。

比如圖(a)，普通的標(biāo)注人員可能寫一個(gè)「桌子」就過(guò)了，但實(shí)際上圖片里還有很多其他物體，比如屏幕、顯示器、馬克杯等等。

圖(b)的主體為兩個(gè)人，但標(biāo)簽為picket fence（柵欄），顯然也是不完善的，可能的標(biāo)簽還有領(lǐng)結(jié)、制服等等。

圖(c)也是一個(gè)明顯的例子，如果只標(biāo)出來(lái)「非洲象」，那象牙可能就被忽視掉了。

圖(d)的標(biāo)簽為lakeshore（湖岸），但標(biāo)注成seashore（海濱）實(shí)際上也沒(méi)毛病。

為了增加標(biāo)注效率，研究者還開(kāi)發(fā)了一個(gè)專用的工具，能夠同時(shí)顯示模型預(yù)測(cè)的類別、預(yù)測(cè)分?jǐn)?shù)、標(biāo)簽和圖像。

在某些情況下，專家組之間可能還存在標(biāo)簽的爭(zhēng)議，這時(shí)候就把圖片放到谷歌搜索里來(lái)輔助標(biāo)注。

比如說(shuō)有一個(gè)例子里，模型的預(yù)測(cè)結(jié)果里包含出租車，但圖片里面除了「一點(diǎn)黃色」之外根本沒(méi)有出租車的牌子。

這張圖片的標(biāo)注主要是通過(guò)谷歌圖片搜索發(fā)現(xiàn)圖像的背景是一個(gè)標(biāo)志性的橋梁，然后研究人員定位到了圖片所在的城市，對(duì)該城市中的出租車圖像進(jìn)行檢索后，認(rèn)可了這張圖片里確實(shí)包含出租車而非一輛普通的汽車。并且從車牌的設(shè)計(jì)上進(jìn)行對(duì)比，也驗(yàn)證了模型的預(yù)測(cè)是正確的。

在對(duì)研究的幾個(gè)階段發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤進(jìn)行初步審查后，作者首先根據(jù)錯(cuò)誤的嚴(yán)重程度將其分為兩類：

1. 主要錯(cuò)誤（Major）：人類能夠理解標(biāo)簽的含義，并且模型的預(yù)測(cè)和標(biāo)簽完全不沾邊；

2. 次要錯(cuò)誤（Minor）：標(biāo)簽的可能是錯(cuò)誤的或者不完善導(dǎo)致的預(yù)測(cè)錯(cuò)誤。需要專家審查數(shù)據(jù)后進(jìn)行糾正。

對(duì)于ViT-3B模型犯的155個(gè)主要錯(cuò)誤，研究人員又找了其他三個(gè)模型共同預(yù)測(cè)來(lái)提高預(yù)測(cè)結(jié)果的多樣性。

四個(gè)模型全都預(yù)測(cè)失敗的主要錯(cuò)誤有68個(gè)，然后分析了所有模型對(duì)這些例子的預(yù)測(cè)，并驗(yàn)證了它們沒(méi)有一個(gè)是正確的新的多標(biāo)簽，即每個(gè)模型的預(yù)測(cè)結(jié)果確實(shí)都是主要錯(cuò)誤。

這68個(gè)例子有幾個(gè)共同特點(diǎn)，首先就是不同方式訓(xùn)練的sota模型都在這個(gè)子集上犯了錯(cuò)誤、并且專家評(píng)審也認(rèn)為預(yù)測(cè)結(jié)果完全和正確不沾邊。

68張圖像的數(shù)據(jù)集也足夠小，方便后續(xù)研究者進(jìn)行人工評(píng)估，如果未來(lái)攻克了這68個(gè)例子，那CV模型也許會(huì)取得新突破。

通過(guò)分析數(shù)據(jù)，研究者又將預(yù)測(cè)錯(cuò)誤劃分為四種類型：

1. 細(xì)粒度錯(cuò)誤，其中預(yù)測(cè)的類別跟真實(shí)標(biāo)簽相似，但不完全相同；

2. 具有詞表外（OOV）的細(xì)粒度，其中模型識(shí)別其類別正確但在 ImageNet 中不存在該對(duì)象的類別；

3. 虛假相關(guān)性，其中預(yù)測(cè)的標(biāo)簽是從圖像的上下文中讀取的；

4. 非原型，其中標(biāo)簽中的對(duì)象與預(yù)測(cè)標(biāo)簽相似、但并非完全一致。

在審查了原始 676 個(gè)錯(cuò)誤后，研究人員發(fā)現(xiàn)其中298 個(gè)應(yīng)該是正確的，或者可以確定原始標(biāo)簽是錯(cuò)誤或有問(wèn)題的。

總的來(lái)說(shuō)，通過(guò)文章的研究結(jié)果可以得出四個(gè)結(jié)論：

1. 當(dāng)一個(gè)大型、高精度模型做出其他模型沒(méi)有的新預(yù)測(cè)時(shí)，大概其中50%都是正確的新多標(biāo)簽；

2. 更高精度的模型在類別和錯(cuò)誤嚴(yán)重性之間沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的相關(guān)性；

3. 如今SOTA模型在人工評(píng)估的多標(biāo)簽子集上的表現(xiàn)在很大程度上匹配或超過(guò)了最佳專家人類的表現(xiàn)；

4. 有噪音的訓(xùn)練數(shù)據(jù)和未指定的類別可能是限制有效衡量圖像分類改進(jìn)的一個(gè)因素。

或許圖像標(biāo)簽問(wèn)題還得等待自然語(yǔ)言處理技術(shù)來(lái)解決？

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