Uncertainty Modeling for Gaze Estimation

计算机科学 人工智能 概率逻辑 不确定度量化 机器学习 嵌入 凝视 概率分布 水准点(测量) 不确定度分析 数据挖掘 数学 统计 大地测量学 模拟 地理
作者
Wenqi Zhong,Chen Xia,Dingwen Zhang,Junwei Han
出处
期刊:IEEE transactions on image processing [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:33: 2851-2866 被引量:1
标识
DOI:10.1109/tip.2024.3364539
摘要

Gaze estimation is an important fundamental task in computer vision and medical research. Existing works have explored various effective paradigms and modules for precisely predicting eye gazes. However, the uncertainty for gaze estimation, e.g ., input uncertainty and annotation uncertainty, have been neglected in previous research. Existing models use a deterministic function to estimate the gaze, which cannot reflect the actual situation in gaze estimation. To address this issue, we propose a probabilistic framework for gaze estimation by modeling the input uncertainty and annotation uncertainty. We first utilize probabilistic embeddings to model the input uncertainty, representing the input image as a Gaussian distribution in the embedding space. Based on the input uncertainty modeling, we give an instance-wise uncertainty estimation to measure the confidence of prediction results, which is critical in practical applications. Then, we propose a new label distribution learning method, probabilistic annotations, to model the annotation uncertainty, representing the raw hard labels as Gaussian distributions. In addition, we develop an Embedding Distribution Smoothing (EDS) module and a hard example mining method to improve the consistency between embedding distribution and label distribution. We conduct extensive experiments, demonstrating that the proposed approach achieves significant improvements over baseline and state-of-the-art methods on two widely used benchmark datasets, GazeCapture and MPIIFaceGaze, as well as our collected dataset using mobile devices.
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