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神经网络矿井中的金丝雀:捕捉图像分类器的无声而自信的失误

arXiv:2610.33063v1 发布类型:新 摘要:部署后的视觉模型会自动接受置信度较高的预测,因此高置信度错误会在不知不觉中传播。作为标准的故障预测指标,最大 softmax 概率(MSP)存在一个结构性盲点:作为一种从分类器头部读取的标量,它对与其置信度梯度正交的特征变化在一阶上是“视而不见”的。通过对特征空间检测器进行因子分析,我们发现了一条条件冗余原则,用以解释为何这些检测器无法有效补充 MSP:它们所衡量的类别可分性几何结构实际上早已被编码在 MSP 中,并且在融合后会完全失效。最终幸存下来的信号,是位于流形外残差上的类别条件典型性——而由于这一残差的分布因骨干网络的不同而异,从接近高斯分布到重尾分布不等。

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摘要:部署后的视觉模型会自动接受置信度较高的预测,因此高置信度错误会在不知不觉中传播。作为标准的故障预测器,最大 softmax 概率(MSP)存在一个结构性盲区:作为一种从分类器头部读取的标量,它对与其置信度梯度正交的特征变化在一阶上是无感知的。通过对特征空间检测器进行因子分析,我们揭示了一条条件冗余原则,解释了为何这些检测器无法有效补充 MSP:它们所衡量的类别可分性几何结构早已被编码在 MSP 中,并且在融合后趋于坍缩。最终幸存的信号是流形外残差上的类别条件典型性——而由于该残差的分布因骨干网络的不同而异,从近高斯分布到重尾分布不等,因此必须采用非参数化方法进行估计。我们将上述发现具体化为 CANARY,这是一种无需训练的检测器,它在倒数第二层特征的 PCA 残差上计算每类的 kNN 距离,在验证数据上对其进行百分位校准,并通过一个经验证数据调优的单一权重将其与 MSP 融合。CANARY 的收益遵循“安全裕度法则”:当基准 MSP 的质量越低时,其提升幅度越大,因此仅凭一个干净的验证指标即可预估改进效果。由于所有参数均仅基于分布内数据选定,CANARY 在五种骨干网络上实现了 385 个偏移场景中的 382 个(e-AURC;AUROC 为 379),最差情况下的性能退化也仅在种子噪声范围内(AUROC 降低 0.0002),而在自然分布偏移(ImageNet-A/R、ObjectNet)场景中则取得了最大的性能提升——而这些正是部署后模型最为脆弱的场景。

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