Padim模型参数

Padim模型参数

• [1 模型原理](#1 模型原理)
• • [1.1PaDiM 的核心"模型参数"组成](#1.1PaDiM 的核心“模型参数”组成)
• [2 超参数](#2 超参数)
• • [2.1 骨干网络相关（Backbone-related）](#2.1 骨干网络相关（Backbone-related）)
  • [2.2 特征处理相关](#2.2 特征处理相关)
  • [2.3 分布建模相关](#2.3 分布建模相关)
  • [2.4 输入与预处理相关](#2.4 输入与预处理相关)
  • [2.5 后处理与评估相关](#2.5 后处理与评估相关)
  • [2.6 设置阈值](#2.6 设置阈值)

1 模型原理

1.1PaDiM 的核心"模型参数"组成

对于输入图像被划分为 H×WH×W 个空间位置（patches），PaDiM 为每个位置 (i,j)(i,j) 存储以下两个统计量：

1. 均值向量（Mean Vector）

   记作： μij∈RDμij​∈RD

   表示该位置在所有正常训练样本中提取的特征向量的平均值。

   DD 是特征维度（例如使用 ResNet18 + 多层拼接后可能为 384 或 576，再经随机降维至如 100）。

2. 协方差矩阵（Covariance Matrix）

   记作： Σij∈RD×DΣij​∈RD×D

   描述该位置正常特征的波动范围和各维度间的相关性。

   实际实现中常使用对角协方差（即只保存方差，忽略特征间相关性）以降低存储和计算开销，但原始论文使用全协方差。

    padim_model = {
    'means': np.array of shape (H, W, D),      # μ
    'covs':  np.array of shape (H, W, D, D) or (H, W, D),  # Σ
    'backbone': 'resnet18',                    # 仅记录使用的骨干网络
    'feature_layers': ['layer1', 'layer2', ...],
    'reduction_dim': 100,
}

2 超参数

PaDiM（Patch Distribution Modeling）模型本身不包含可训练参数，其"模型参数"实际上是指在训练阶段从正常样本中统计得到的分布参数。这些参数用于推理时计算异常分数。

2.1 骨干网络相关（Backbone-related）

1. backbone: 用于提取特征的预训练 CNN 网络 'resnet18', 'wide_resnet50_2'（最常用）
2. feature_layers: 从哪些网络层提取特征（多尺度融合） 如 ['layer1', 'layer2', 'layer3']（ResNet 对应输出

2.2 特征处理相关

1. embedding_dim 或 reduction_dim:特征降维后的维度（通过随机采样或投影） 100, 300, 500（原始拼接后维度可能达 1792，需降维）
2. use_reducer:是否使用随机降维（Random Projection / Sampling） True / False
3. interpolation:特征图上采样方法（对齐空间分辨率） 'bilinear', 'bicubic'。

2.3 分布建模相关

1. covariance_type: 协方差矩阵形式 'full'（全协方差）或 'diag'（对角协方差）
2. eps: 协方差矩阵正则化项（防止奇异） 1e-6 ~ 1e-3
   3

2.4 输入与预处理相关

input_size 输入图像尺寸（需与 backbone 兼容） (256, 256), (512, 512)

normalize_mean/std 图像归一化参数（需匹配 backbone 预训练设置） ImageNet: [0.485, 0.456, 0.406], [0.229, 0.224, 0.225]

2.5 后处理与评估相关

1. anomaly_threshold 异常分数阈值（用于二值分割） 通过验证集设定（如 99% 分位数）
2. postprocess 是否使用形态学操作（如开运算） True / False

2.6 设置阈值

1. 阈值计算触发 src/anomalib/models/padim/lightning_model.py → on_validation_epoch_end
2. 阈值计算逻辑 src/anomalib/models/components/base/anomaly_module.py

def _compute_metrics_and_update_best_score(self, outputs):
    # 收集所有验证样本的 image-level scores
    image_scores = torch.cat([output["image_score"] for output in outputs])
    
    # 默认使用 99% 分位数作为阈值（可配置）
    threshold = torch.quantile(image_scores, self.image_threshold.quantile)
    
    # 保存到模型属性
    self.image_threshold.value = threshold

3. 阈值策略定义 src/anomalib/utils/metrics/threshold.py
   该类支持多种阈值策略（如 F1AdaptiveThreshold, ManualThreshold, AnomalyScoreThreshold），而 PaDiM 默认使用 AnomalyScoreThreshold，即基于分位数的固定阈值。
   anomalib/models/padim/config.yaml

metrics:
  image:
    threshold:
      method: "adaptive"        # 实际对应 AnomalyScoreThreshold
      quantile: 0.99            # ← 关键！默认取 99% 分位数

4. 默认配置 src/anomalib/models/padim/config.yaml

metrics:
  image:
    threshold:
      quantile: 0.995   # 更严格
  pixel:
    threshold:
      quantile: 0.99

5. 训练后手动赋值

from anomalib.models import Padim

model = Padim.load_from_checkpoint("path/to/checkpoint.ckpt")
model.image_threshold.value = torch.tensor(5.0)  # 手动设为 5.0

7. 推理时应用 Padim.post_process() 方法

def post_process(
    self,
    anomaly_maps: Tensor,
    pred_scores: Tensor | None = None,
) -> tuple[Tensor, Tensor]:
    """Post-process predictions to get binary masks using threshold."""
    # 使用已学习的阈值
    pred_mask = (anomaly_maps >= self.pixel_threshold.value).long()
    pred_score = pred_scores if pred_scores is not None else anomaly_maps.amax(dim=(1, 2, 3))
    pred_label = (pred_score >= self.image_threshold.value).long()
    return pred_mask, pred_label