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視覚ナビゲーションarXiv:2510.00441

不確実性を見通す:視覚ナビゲーションにおけるロバストなタスク指向最適化

Seeing through Uncertainty: Robust Task-Oriented Optimization in Visual Navigation

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視覚ナビゲーションでデータ不足時に生じる知覚の不確実性を凸集合としてモデル化し、ロバスト最適化と統合することで未知環境への汎化性能を高める学習フレームワークNeuROを提案した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 本論文は、embodied AIにおけるvisual navigationのための統合的なlearning-to-optimizeフレームワークNeuROを提案している。 - 長期的な計画能力と多目的タスクへの対応が求められる実環境での展開を目指す。 - データ不足下でのOOD汎化性能の低さがボトルネックであると指摘。 - NeuROは知覚ネットワークと下流のタスクレベルロバスト最適化を密結合する。 - 不確実性を考慮したポリシーにより環境間の転移を可能にする。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 既存のニューラルネットワークベースのエージェントは、小サンプル領域ではアーキテクチャの複雑化が逆効果になることがある。 - NeuROはアーキテクチャの複雑化ではなく、知覚と最適化の統合によりデータ不足に対処する。 - ノイズの多い視覚予測を凸不確実性集合に変換し、最適化制約として直接パラメータ化する点が新しい。 - 部分観測下の計画をロバスト最適化問題として再定式化する。 - 実験により、未見環境への汎化でSoTA性能を達成したと主張。

3. 技術・手法の肝は?

- 知覚ネットワークとタスクレベルロバスト最適化を統合したlearning-to-optimizeフレームワーク。 - Partially Input Convex Neural Networks (PICNNs) と conformal calibration を用いて、データ不足下のノイズ視覚予測を凸不確実性集合に変換。 - この不確実性集合が最適化制約を直接パラメータ化する。 - 部分観測下の計画をロバスト最適化問題として再定式化。 - 不確実性を考慮したポリシーにより環境間の転移を実現。

4. どうやって有効だと検証した?

- unorderedおよびsequentialのmulti-object navigationタスクで広範な実験を実施。 - NeuROがSoTA性能を確立したと報告。 - 特に未見環境への汎化において有効性を検証。 - 具体的なデータセット名やベースライン、評価指標は要旨からは不明。

5. 議論はある?

- データ不足とOOD汎化が実展開の主要課題であると議論。 - ニューラルネットの複雑化が小サンプル領域で逆効果になり得る点を指摘。 - 知覚と最適化の統合における課題(ノイズ視覚予測の扱い、部分観測下の計画)を列挙。 - 提案手法の限界や失敗ケース、計算コストに関する議論は要旨からは不明。

6. 次に読むべき論文は?

- Partially Input Convex Neural Networks (PICNNs) に関する論文。 - conformal calibration を用いた不確実性定量化の研究。 - ロバスト最適化に基づく計画手法(robust optimization for planning)。 - multi-object navigation のベンチマーク論文。 - 比較対象として、既存のニューラルネットワークベースのvisual navigationエージェント(具体名は要旨からは不明)。

※ AIが要旨から生成した要約です。正確性は原文をご確認ください。

著者: Yiyuan Pan, Yunzhe Xu, Zhe Liu, Hesheng Wang

分類: cs.RO

原文アブストラクト

Visual navigation is a fundamental problem in embodied AI, yet practical deployments demand long-horizon planning capabilities to address multi-objective tasks. A major bottleneck is data scarcity: policies learned from limited data often overfit and fail to generalize OOD. Existing neural network-based agents typically increase architectural complexity that paradoxically become counterproductive in the small-sample regime. This paper introduce NeuRO, a integrated learning-to-optimize framework that tightly couples perception networks with downstream task-level robust optimization. Specifically, NeuRO addresses core difficulties in this integration: (i) it transforms noisy visual predictions under data scarcity into convex uncertainty sets using Partially Input Convex Neural Networks (PICNNs) with conformal calibration, which directly parameterize the optimization constraints; and (ii) it reformulates planning under partial observability as a robust optimization problem, enabling uncertainty-aware policies that transfer across environments. Extensive experiments on both unordered and sequential multi-object navigation tasks demonstrate that NeuRO establishes SoTA performance, particularly in generalization to unseen environments. Our work thus presents a significant advancement for developing robust, generalizable autonomous agents.

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