論文の概要: CONSIGN: Conformal Segmentation Informed by Spatial Groupings via Decomposition

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.14113v1
• Date: Tue, 20 May 2025 09:19:37 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-21 14:49:52.963371
• Title: CONSIGN: Conformal Segmentation Informed by Spatial Groupings via Decomposition
• Title（参考訳）: CONSIGN:分解による空間グルーピングによるコンフォーマルセグメンテーション
• Authors: Bruno Viti, Elias Karabelas, Martin Holler,
• Abstract要約: ほとんどの機械学習ベースのイメージセグメンテーションモデルは、各ピクセルにおける各クラスラベルの予測確率を表す画素単位の信頼スコアを生成する。 コンフォーマル予測(CP)は、信頼度スコアを統計的に妥当な不確実性推定に変換するための原則的な枠組みを提供する。 画像の不確実性推定に空間相関を組み込んだCONSIGNを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.4824712374302054
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Most machine learning-based image segmentation models produce pixel-wise confidence scores - typically derived from softmax outputs - that represent the model's predicted probability for each class label at every pixel. While this information can be particularly valuable in high-stakes domains such as medical imaging, these (uncalibrated) scores are heuristic in nature and do not constitute rigorous quantitative uncertainty estimates. Conformal prediction (CP) provides a principled framework for transforming heuristic confidence scores into statistically valid uncertainty estimates. However, applying CP directly to image segmentation ignores the spatial correlations between pixels, a fundamental characteristic of image data. This can result in overly conservative and less interpretable uncertainty estimates. To address this, we propose CONSIGN (Conformal Segmentation Informed by Spatial Groupings via Decomposition), a CP-based method that incorporates spatial correlations to improve uncertainty quantification in image segmentation. Our method generates meaningful prediction sets that come with user-specified, high-probability error guarantees. It is compatible with any pre-trained segmentation model capable of generating multiple sample outputs - such as those using dropout, Bayesian modeling, or ensembles. We evaluate CONSIGN against a standard pixel-wise CP approach across three medical imaging datasets and two COCO dataset subsets, using three different pre-trained segmentation models. Results demonstrate that accounting for spatial structure significantly improves performance across multiple metrics and enhances the quality of uncertainty estimates.
• Abstract（参考訳）: ほとんどの機械学習ベースのイメージセグメンテーションモデルは、各ピクセルにおける各クラスラベルの予測確率を表す画素単位の信頼スコア(通常はソフトマックス出力に由来する)を生成する。 この情報は医用画像などの高感度領域では特に有用であるが、これらの(校正されていない)スコアは本質的にヒューリスティックであり、厳密な量的不確実性評価を構成していない。 コンフォーマル予測(CP)は、ヒューリスティックな信頼度スコアを統計的に妥当な不確実性推定に変換するための原則的な枠組みを提供する。 しかし,画像分割にCPを直接適用することは,画像データの基本的な特徴である画素間の空間的相関を無視する。 これは過度に保守的であり、解釈不可能な不確実性推定をもたらす。 画像分割における不確実性定量化を改善するために空間相関を組み込んだCP手法であるCONSIGN(Conformal Segmentation Informed by Spatial Groupings via Decomposition)を提案する。 提案手法は,ユーザの特定した高確率エラー保証を伴う有意義な予測セットを生成する。 これは、ドロップアウト、ベイズモデリング、アンサンブルなど、複数のサンプル出力を生成することができる事前訓練されたセグメンテーションモデルと互換性がある。 CONSIGNは3つの医用画像データセットと2つのCOCOデータセットサブセットにまたがる標準的なCPアプローチに対して,3つの異なる事前訓練セグメンテーションモデルを用いて評価する。 その結果,空間構造を考慮に入れることで,複数の指標間の性能が著しく向上し,不確実性評価の品質が向上することがわかった。

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