Unsupervised Anomaly Detection in Medical Images with a Memory-Augmented Multi-level Cross-Attentional Masked Autoencoder

自编码 计算机科学 异常检测 人工智能 模式识别(心理学) 迭代重建 编码器 计算机视觉 深度学习 操作系统
作者
Yu Tian,Guansong Pang,Yuyuan Liu,Chong Wang,Yuanhong Chen,Fengbei Liu,Rajvinder Singh,Johan Verjans,Mengyu Wang,Gustavo Carneiro
出处
期刊:Lecture Notes in Computer Science 卷期号:: 11-21 被引量:20
标识
DOI:10.1007/978-3-031-45676-3_2
摘要

Unsupervised anomaly detection (UAD) aims to find anomalous images by optimising a detector using a training set that contains only normal images. UAD approaches can be based on reconstruction methods, self-supervised approaches, and Imagenet pre-trained models. Reconstruction methods, which detect anomalies from image reconstruction errors, are advantageous because they do not rely on the design of problem-specific pretext tasks needed by self-supervised approaches, and on the unreliable translation of models pre-trained from non-medical datasets. However, reconstruction methods may fail because they can have low reconstruction errors even for anomalous images. In this paper, we introduce a new reconstruction-based UAD approach that addresses this low-reconstruction error issue for anomalous images. Our UAD approach, the memory-augmented multi-level cross-attentional masked autoencoder (MemMC-MAE), is a transformer-based approach, consisting of a novel memory-augmented self-attention operator for the encoder and a new multi-level cross-attention operator for the decoder. MemMC-MAE masks large parts of the input image during its reconstruction, reducing the risk that it will produce low reconstruction errors because anomalies are likely to be masked and cannot be reconstructed. However, when the anomaly is not masked, then the normal patterns stored in the encoder's memory combined with the decoder's multi-level cross-attention will constrain the accurate reconstruction of the anomaly. We show that our method achieves SOTA anomaly detection and localisation on colonoscopy, pneumonia, and covid-19 chest x-ray datasets.
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