A Concept for Deployment and Evaluation of Unsupervised Domain Adaptation in Cognitive Perception Systems

Abstract

Jüngste Entwicklungen im Bereich des tiefen Lernens ermöglichen Perzeptionssystemen datengetrieben Wissen über einen vordefinierten Betriebsbereich, eine sogenannte Domäne, zu gewinnen. Diese Verfahren des überwachten Lernens werden durch das Aufkommen groß angelegter annotierter Datensätze und immer leistungsfähigerer Prozessoren vorangetrieben und zeigen unübertroffene Performanz bei Perzeptionsaufgaben in einer Vielzahl von Anwendungsbereichen.Jedoch sind überwacht-trainierte neuronale Netze durch die Menge an verfügbaren annotierten Daten limitiert und dies wiederum findet in einem begrenzten Betriebsbereich Ausdruck. Dabei beruht überwachtes Lernen stark auf manuell durchzuführender Datenannotation. Insbesondere durch die ständig steigende Verfügbarkeit von nicht annotierten großen Datenmengen ist der Gebrauch von unüberwachter Domänenanpassung entscheidend. Verfahren zur unüberwachten Domänenanpassung sind meist nicht geeignet, um eine notwendige Inbetriebnahme des neuronalen Netzes in einer zusätzlichen Domäne zu gewährleisten. Darüber hinaus sind vorhandene Metriken häufig unzureichend für eine auf die Anwendung der domänenangepassten neuronalen Netzen ausgerichtete Validierung. Der Hauptbeitrag der vorliegenden Dissertation besteht aus neuen Konzepten zur unüberwachten Domänenanpassung. Basierend auf einer Kategorisierung von Domänenübergängen und a priori verfügbaren Wissensrepräsentationen durch ein überwacht-trainiertes neuronales Netz wird eine unüberwachte Domänenanpassung auf nicht annotierten Daten ermöglicht. Um die kontinuierliche Bereitstellung von neuronalen Netzen für die Anwendung in der Perzeption zu adressieren, wurden neuartige Verfahren speziell für die unüberwachte Erweiterung des Betriebsbereichs eines neuronalen Netzes entwickelt. Beispielhafte Anwendungsfälle des Fahrzeugsehens zeigen, wie die neuartigen Verfahren kombiniert mit neu entwickelten Metriken zur kontinuierlichen Inbetriebnahme von neuronalen Netzen auf nicht annotierten Daten beitragen. Außerdem werden die Implementierungen aller entwickelten Verfahren und Algorithmen dargestellt und öffentlich zugänglich gemacht. Insbesondere wurden die neuartigen Verfahren erfolgreich auf die unüberwachte Domänenanpassung, ausgehend von der Tag- auf die Nachtobjekterkennung im Bereich des Fahrzeugsehens angewendet

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