98％都認錯，圖像識別AI遇上對抗性圖像竟變「瞎子」

新智元報道

來源：theverge

編輯：張佳、大明

【新智元導讀】在視覺方面，AI和人類的差距有多大？來自UC Berkeley等高校的研究人員創建了一個包含7500個「自然對抗實例」的數據集，在測試了許多機器視覺系統後，發現AI的準確率下降了90%！在某些情況下，軟體只能識別2%-3%的圖像。這樣的AI若用在自動駕駛汽車上，後果不敢想像！

近幾年來，計算機視覺有了很大的改善，但仍然有可能犯嚴重的錯誤。犯錯如此之多，以至於有一個研究領域致力於研究AI經常誤認的圖片，稱為「對抗性圖像」。可以把它們看作計算機的光學錯覺，當你看到樹上有一隻貓時，人工智慧看到了一隻松鼠。

AI把爬上樹的貓誤認為松鼠

研究這些圖像是很有必要的。當我們把機器視覺系統放在AI安全攝像頭和自動駕駛汽車等新技術的核心位置時，我們相信計算機和我們看到的世界是一樣的。而對抗性圖像證明並非如此。

對抗性圖像利用機器學習系統中的弱點

但是，儘管這個領域的很多關注點都集中在那些專門設計用來愚弄AI的圖片上（比如谷歌的演算法把3D列印的烏龜誤認為是一把槍），但這些迷惑性圖像也會自然的出現。這類圖像更令人擔憂，因為它表明，即便不是我們特意製作的，視覺系統也會犯錯。

谷歌AI誤認為這隻烏龜是槍

為了證明這一點，來自加州大學伯克利分校、華盛頓大學和芝加哥大學的一組研究人員創建了一個包含7500個「自然對抗實例」（natural adversarial examples）的數據集，他們在這些數據上測試了許多機器視覺系統，發現它們的準確率下降了90%，在某些情況下，軟體只能識別2%-3%的圖像。

下面就是一些「自然對抗實例」數據集的例子：

AI眼中是「沉船」，其實是蟲子爬在枯葉上

AI眼中是「火炬」

AI眼中是「瓢蟲」

AI眼中是「日晷」

AI眼中是「棒球運動員」

AI眼中是「人開卡丁車」

這些數據有望幫助培養更強大的視覺系統

在論文中，研究人員稱這些數據有望幫助培養更強大的視覺系統。他們解釋說，這些圖像利用了「深層缺陷」，這些缺陷源於該軟體「過度依賴顏色，紋理和背景線索」來識別它所看到的東西。

例如，在下面的圖像中，AI錯誤地將左側的圖片當作釘子，這可能是因為圖片的木紋背景。在右邊的圖像中，它們只注意到蜂鳥飼養器，但卻錯過了沒有真正的蜂鳥存在的事實。

下面的四張蜻蜓照片，AI在顏色和紋理上進行分析後，從左到右依次會識別為臭鼬、香蕉、海獅和手套。我們從每張圖片中都可以看出AI為什麼會犯錯誤。

AI系統會犯這些錯誤並不是新聞了。多年來，研究人員一直警告說，利用深度學習創建的視覺系統是「淺薄」和「脆弱」的，它們不會像人一樣靈活地理解世界上的一些幾乎相同的細微差別。

這些AI系統在成千上萬的示例圖像上進行了訓練，但我們通常不知道圖片中的哪些確切元素是AI用於做出判斷的。

一些研究表明，考慮到整體形狀和內容，演算法不是從整體上看圖像，而是專註於特定的紋理和細節。本次數據集中給出的結果似乎支持這種解釋，例如，在明亮的表面上顯示清晰陰影的圖片，會被錯誤地標識為日晷。

AI視覺系統真的沒救了？

但這是否意味著這些機器視覺系統沒得救了？完全不是。一般這些系統所犯的錯誤都是小錯，比如將排水蓋識別為沙井，將貨車誤認為豪華轎車等。

雖然研究人員說這些「自然對抗性的例子」會騙過各種各樣的視覺系統，但這並不意味著可以騙過所有系統。許多機器視覺系統非常專業，比如用於識別醫學掃描圖像中的疾病的那些專門系統。雖然這些系統有著自己的缺點，可能無法理解這個世界和人類，但這並不影響它們發現並診斷癌症。

機器視覺系統有時可能會很快且有瑕疵，但通常都會產生結果。這樣的研究暴露了機器成像研究中的盲點和空白，我們下一步的任務就是如何填補這些盲點了。

論文地址：

https://arxiv.org/pdf/1907.07174.pdf

代碼和數據集：

https://github.com/hendrycks/natural-adv-examples

https://www.theverge.com/2019/7/19/20700481/ai-machine-learning-vision-system-naturally-occuring-adversarial-examples

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！