NERO:ニューロンレベルの関連性による説明可能な分布外検出
なぜ重要か: 企業や社会への影響が見込まれ、一般メディアにも波及する可能性があります。
arXiv:2506.15404v2 発表種別:差し替え
概要:深層学習、特に診断判断がモデル出力に大きく依存する医用画像処理分野において、信頼性の確保は極めて重要である。研究において、分布外(OOD)サンプルを分離する能力は、モデルの信頼性の貴重な指標となることが示されている。医用画像処理においては、OOD入力の特定により、検出されずに済む可能性のある潜在的な異常を特定できるため、これは特に重要である。多くのOOD検出方法は特徴量空間またはlogit空間表現に依存するが、最近の研究では、これらのアプローチではOODの多様性を完全に捉えられない可能性が示唆されている。これに対処するため、特徴層におけるニューロンレベルの関連性を活用する、NEROと呼ばれる新規なOODスコア付けメカニズムを提案する。具体的には、各分布内(ID)クラスのニューロンレベルの関連性をクラスタリングして代表的なセントロイドを形成し、新しいサンプルのこれらのセントロイドからのずれを定量化する関連距離メトリックを導入することで、OODの分離性を向上させる。さらに、バイアス項にスケールされた関連性を組み込み、特徴量のノルムを組み合わせることで性能を向上させる。本フレームワークは、説明可能なOOD検出も可能にする。KvasirとGastroVisionの胃腸画像ベンチマークにおいて、複数の深層学習アーキテクチャでその有効性を検証し、最先端のOOD検出方法よりも優れた結果を達成した。
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Title (EN): NERO: Explainable Out-of-Distribution Detection with Neuron-level Relevance
arXiv:2506.15404v2 Announce Type: replace-cross
Abstract: Ensuring reliability is paramount in deep learning, particularly within the domain of medical imaging, where diagnostic decisions often hinge on model outputs. The capacity to separate out-of-distribution (OOD) samples has proven to be a valuable indicator of a model’s reliability in research. In medical imaging, this is especially critical, as identifying OOD inputs can help flag potential anomalies that might otherwise go undetected. While many OOD detection methods rely on feature or logit space representations, recent works suggest these approaches may not fully capture OOD diversity. To address this, we propose a novel OOD scoring mechanism, called NERO, that leverages neuron-level relevance at the feature layer. Specifically, we cluster neuron-level relevance for each in-distribution (ID) class to form representative centroids and introduce a relevance distance metric to quantify a new sample’s deviation from these centroids, enhancing OOD separability. Additionally, we refine performance by incorporating scaled relevance in the bias term and combining feature norms. Our framework also enables explainable OOD detection. We validate its effectiveness across multiple deep learning architectures on the gastrointestinal imaging benchmarks Kvasir and GastroVision, achieving improvements over state-of-the-art OOD detection methods.
Published: 2025-09-24 19:00 UTC