突破异常数据瓶颈!AnomalyAny:一句话+一张图,零样本生成任意异常图像

【导读】

在工业制造、食品质检、自动驾驶等场景中,异常检测(Anomaly Detection, AD)被广泛应用。但现实中的异常数据稀缺,导致训练高质量检测模型变得非常困难。>>更多资讯可加入CV技术群获取了解哦~

本文将为你介绍一项来自EPFL、ETH Zurich和华中科技大学联合发布的新工作 ------ Anomaly Anything (AnomalyAny),它不需要训练、不依赖异常数据,仅靠一张正常图像和一句文字描述,就能生成高质量的"假异常图像",有效辅助模型训练,在多个数据集上大幅提升性能。


一、异常检测为何困难重重

在异常检测任务中,我们最常见的挑战就是------异常数据少而杂:

  • 异常本身极少: 在大规模生产线中,正常品数十万、百万级,但异常品可能只有个位数、甚至一个都没有。
  • 异常类型多变: 不同产品、工艺、批次之间异常形式五花八门,比如划痕、破损、锈蚀、变形等,难以预定义所有类型。

此外,精确标注异常图代价高昂,且人工一致性低。

因此,大部分方法只能采用"无监督"或"仅用正常图"的方式训练。但这类模型常常缺乏对"异常是什么"的真正理解,泛化性较差。


二、AnomalyAny:用一张图+一句话,构造任意异常样本

AnomalyAny 是一个新颖的图像生成框架,目标是解决这样一个问题:如何在完全没有异常样本的情况下,生成逼真的、具备多样性的异常图像?

它的核心理念非常简单:

给它一个"正常样本",再给它一句"异常描述",它就能生成带有指定异常的图像版本,甚至还能给出像素级标注。

具体实现上,它建立在Stable Diffusion(稳定扩散模型) 的强大图像生成能力之上,创新性地提出了三项技术:

测试时条件引导(Test-time Conditioning)

通过将正常图像编码为隐空间中的特征,作为"起点",引导SD在这个基础上生成图像,确保新图仍保留原物体的结构和外观。

注意力引导优化(Attention-guided Optimization)

利用SD的"交叉注意力机制",强化对"异常关键词"(如damaged、rusted)的聚焦区域,提升异常生成的相关性与真实性。

文本精细优化(Prompt-guided Refinement)

借助GPT-4生成更丰富的异常描述(如"瓶身中部有一道深刻划痕,露出内部银白色金属"),并通过CLIP计算图文语义一致性,进一步提升图像细节与语义精度。

整个过程无需重新训练模型,完全在生成推理阶段完成,做到真正意义上的"即插即用"。


三、实验验证

研究者在两个工业视觉标准数据集上进行了大量实验MVTec AD :涵盖15种常见工业品(瓶子、螺母、皮革等),VisA:包含12类包装食品图像(如苹果、玉米、绿豆等),这两个数据集都提供像素级的异常标注,用于检验模型的检测能力。

图像生成质量更高

作者采用两项指标评估合成图像的质量和多样性:

Inception Score(IS): 衡量生成图像的真实性,AnomalyAny 在多数类别中得分最高(如 bottle 类别 IS=1.73,远超基线方法),表明其生成的异常样本更接近真实图像。

Intra-cluster LPIPS 距离(IC-LPIPS): 衡量多样性,AnomalyAny 生成的异常样本差异更大(如 cable 类别 IC-LPIPS=0.41),为检测模型提供了更丰富的训练信号。

结果显示,AnomalyAny在平均IS和IC-LPIPS上全面领先,明显优于当前主流方法(如NSA、RealNet、AnomalyDiffusion):

辅助检测效果显著提升

作者进一步用生成的图像训练异常检测模型,在 "1-shot设置"(每类仅1张正常图,无任何异常图) 下评估性能。

使用五个指标衡量性能(包括图像级AUC、像素级AUC、最大F1等),对比方法涵盖:

  • PaDiM、PatchCore(全监督方法)
  • PromptAD、WinCLIP、AnomalyGPT(CLIP系列方法)
  • DRAEM、NSA、RealNet(生成方法)

在MVTec AD和VisA上,AnomalyAny都在多个指标上刷新SOTA:

更重要的是,AnomalyAny不依赖任何异常样本,真正体现了"少样本甚至零样本"场景下的强大实用性!


四、结语:让"异常"不再难求

AnomalyAny并不仅仅是一个论文模型,它具备极强的实用与拓展性,适合部署在实际场景中:

  • 工业检测: 检测新零件、新材料的潜在缺陷样式。
  • 农业与食品检测: 合成发霉、变色、腐烂等细粒度异常图像。
  • 视觉教学演示: 制作各种"缺陷"教材,训练或测试模型。
  • 低资源环境部署前训练: 先"造"出千百种缺陷样本,提前训练好模型。

AnomalyAny给我们带来了一个全新的视角:异常不再是"可遇不可求"的数据短板,而是可以通过理解与生成"主动制造"的资源。

未来的异常检测系统,不再被数据稀缺卡住脖子------你可以用一句话+一张图,快速打造出"你的异常数据"。

想进一步了解或试用AnomalyAny,访问项目主页:

hansunhayden.github.io/

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