斯坦福博士论文解读:从视频中学习感知物理世界

斯坦福博士论文提出一种新方法,通过训练基于视频数据的“世界模型”,无需人工标注即可提取各种视觉结构信息,例如关键点和深度。

原文标题:【斯坦福博士论文】从互联网视频中学习感知物理世界

原文作者:数据派THU

冷月清谈:

这篇斯坦福博士论文探讨了如何从未标记的视频数据中构建可扩展的通用感知系统。作者认为,尽管在高级认知功能建模方面取得了进展,但现有的计算机视觉模型在学习感知物理世界方面效率和性能远不及人类,它们依赖大量标注数据,且架构特定于任务。

论文的核心思想是训练一个基于视觉数据的大规模世界模型。该模型可以根据当前状态和额外干预预测未来世界状态,并从中提取各种视觉结构信息,如关键点、光流、分割和深度信息,而无需任何人工标注。

论文分为三个部分:第一部分提出利用视频中的运动作为自监督信号来学习结构化场景表示;第二部分概述了一个在视频数据上预训练大规模世界模型的通用框架,并通过统一架构和任务接口零样本提取不同视觉结构;第三部分则致力于解决不确定性管理的挑战,以提升世界模型的性能。

怜星夜思:

1、论文中提到人类学习感知几乎不需要监督,这是怎么做到的?和机器学习有什么区别?
2、如何理解论文中提到的“世界模型”?它和传统的计算机视觉模型有什么不同?
3、论文中提到的“零样本提取视觉结构”具体指什么?有什么实际应用价值?

原文内容

来源:专知

本文约1000字,建议阅读5分钟

在本论文中,我们研究了如何从原始未标注的视频数据构建可扩展的通用感知系统的问题。


人类具有从原始感官输入(如视频和音频)中学习强大感知能力的非凡能力,并且几乎不需要监督。尽管在建模高层次认知功能(如语言理解与生成)方面取得了巨大的近期进展,但我们目前最先进的计算机视觉模型在学习感知和表征物理世界的效率和性能方面,远远落后于人类水平。它们通常需要大量的训练数据,并且这些数据需要昂贵的手工标注,任务特定的架构,以及即便在模型参数和训练数据规模增大的情况下,性能提升也非常有限。在本论文中,我们研究了如何从原始未标注的视频数据构建可扩展的通用感知系统的问题。核心思想是训练一个大规模的世界模型,基于视觉数据。预训练的世界模型根据当前状态和额外干预预测可能的未来世界状态。我们进一步展示了,可以利用预测器生成的预测结果,以零-shot(零样本)方式提取广泛的视觉结构——如关键点、光流、分割和深度信息。本论文分为三部分,我们在其中探索了无需手工标注的新范式,用于训练可扩展的通用感知系统。第一部分,我们提出了通过利用视频中的运动作为自监督信号来学习结构化场景表示的新方法。第二部分,概述了一个用于在视频数据上预训练大规模世界模型的通用框架,这反过来使得通过统一架构和任务接口能够零-shot地提取不同的视觉结构。第三部分,进一步通过解决不确定性管理的关键挑战,提升了世界模型的性能。




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今日头条:数据派THU


我觉得人类学习感知主要靠的是“体验”。婴儿时期,我们通过触摸、观察、聆听来了解世界,并不需要明确的标签。比如,我们会通过反复抓握玩具来感知物体的形状和大小。而机器学习目前更多的是依赖于大量的标注数据,这和人类的学习方式有很大区别。

我觉得“世界模型”的关键在于“预测”。它不仅仅是被动地接受信息,还能主动地预测未来会发生什么。这对于机器人在复杂环境中进行决策和规划至关重要。

我理解的“世界模型”是指能够模拟现实世界运行规律的模型,它不仅能识别物体,还能预测物体的运动轨迹、相互作用等。而传统的计算机视觉模型更多的是关注于图像识别和分类,缺乏对世界动态变化的理解。

“零样本提取”是指不需要任何标注数据就能提取出图像中的关键点、光流、分割和深度等信息。这意味着我们可以利用预训练好的“世界模型”直接应用于新的场景和任务,而不需要重新训练模型,这在实际应用中非常有价值。

“世界模型”更像是一个“通用模型”,它可以用来完成各种不同的视觉任务,而不需要针对每个任务单独训练模型。这和传统的计算机视觉模型的“专精化”训练方式有很大区别。

人类学习感知的核心在于“试错”和“反馈”。我们会不断尝试不同的动作,并观察结果,从而学习如何与世界互动。比如,学习走路的过程中,我们会不断跌倒,再爬起来,最终掌握平衡。而机器学习的“试错”成本相对较高,需要更精细的设计和控制。

比如,在机器人领域,我们可以利用“零样本提取”来快速构建环境地图,帮助机器人进行导航和避障。在自动驾驶领域,可以用来识别道路、车辆和行人,提高驾驶安全性。

我觉得“零样本提取”最大的价值在于它可以降低数据标注的成本和时间。在很多领域,获取大量的标注数据非常困难,而“零样本提取”可以帮助我们克服这个难题。

从认知科学的角度来说,人类的感知学习涉及到多感官信息的整合、具身认知以及与环境的互动。我们的大脑会主动地探索世界,并根据反馈不断调整自身的认知模型。而目前的机器学习更多的是被动地接受数据,缺乏这种主动探索的能力。