CPS: Small: Formally Correct Deep Perception For Cyber-Physical Systems

CPS:小:形式上正确的网络物理系统深度感知

基本信息

  • 批准号:
    2211146
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 50万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-06-15 至 2025-05-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Light Detection and Ranging (LiDARs) and cameras are an indispensable part of the sensor suite used in autonomous cyber-physical systems such as self-driving cars and unmanned aerial vehicles. The data generated by these sensors is often processed by a deep neural network that transforms it into state estimates used in control loops. Although one can analyze the impact that erroneous state estimates have on control loops, less is known about how to characterize the errors produced by deep neural networks. The objective of this project is to develop analysis and design techniques that provide formally guaranteed bounds on how large these errors can be. Formally establishing error bounds will enable the verification of existing systems as well as the design of new autonomous systems for which formal guarantees of safety and performance can be given.This project addresses the challenge of using deep neural networks in the perception pipeline of autonomous cyber-physical systems by following two different approaches, termed correctness-by-training and correctness-by-supervision. The first approach, correctness-by-training, is based on the use of monotone neural networks for which deterministic generalization bounds can be established. The challenge of using monotone neural networks is that their training is more challenging and several novel training techniques will be investigated. The second approach, correctness-by-supervision, consists of attaching a supervisor to the neural network that overrides the network output so as to enforce guaranteed error bounds. A supervisor will be developed in the context of localization using LiDAR measurements using novel point-set registration techniques based on moments. Both approaches aim to provide guaranteed error bounds on the state estimates computed by deep neural networks. The ultimate contribution is to use these error bounds in the formal analysis of safety and performance of control loops using deep neural networks in the perception pipeline.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
光探测和测距 (LiDAR) 和摄像头是自动驾驶汽车和无人机等自主网络物理系统中使用的传感器套件中不可或缺的一部分。这些传感器生成的数据通常由深度神经网络处理,将其转换为控制回路中使用的状态估计。尽管人们可以分析错误状态估计对控制环路的影响,但人们对如何表征深度神经网络产生的错误知之甚少。该项目的目标是开发分析和设计技术,为这些误差的大小提供正式的保证界限。正式建立错误界限将能够验证现有系统以及新的自主系统的设计,从而可以正式保证安全和性能。该项目解决了在自主网络感知管道中使用深度神经网络的挑战。物理系统通过遵循两种不同的方法,称为训练正确性和监督正确性。第一种方法是训练正确性,基于单调神经网络的使用,可以为其建立确定性泛化边界。使用单调神经网络的挑战在于它们的训练更具挑战性,并且将研究几种新颖的训练技术。第二种方法是监督正确性,包括将监督者附加到神经网络,该监督者会覆盖网络输出,以强制执行有保证的错误界限。将使用基于矩的新颖点集配准技术,在使用 LiDAR 测量进行定位的背景下开发监督程序。这两种方法都旨在为深度神经网络计算的状态估计提供有保证的误差范围。最终的贡献是在感知管道中使用深度神经网络对控制环路的安全性和性能进行正式分析时使用这些误差界限。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力优点和技术进行评估,被认为值得支持。更广泛的影响审查标准。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Sharp Performance Bounds for PASTA
PASTA 的急剧性能限制
  • DOI:
    10.1109/lcsys.2023.3285514
  • 发表时间:
    2023-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Marchi, Matteo;Bunton, Jonathan;Gas, Yskandar;Gharesifard, Bahman;Tabuada, Paulo
  • 通讯作者:
    Tabuada, Paulo
LiDAR Point Cloud Registration with Formal Guarantees
激光雷达点云注册有正式保证
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  • 作者:
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  • 作者:
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Paulo Tabuada其他文献

A Framework for Time-Varying Optimization via Derivative Estimation
通过导数估计进行时变优化的框架
  • DOI:
  • 发表时间:
    2024
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    Paulo Tabuada
Supervisory control of discrete-event systems under attacks
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  • DOI:
  • 发表时间:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.5
  • 作者:
    Wakaiki Masashi;Paulo Tabuada;Joao P. Hespanha
  • 通讯作者:
    Joao P. Hespanha
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  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    D. Nešić
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    Paulo Tabuada
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  • 发表时间:
    2024-05-22
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2
  • 作者:
    Tian Yu Liu;Stefano Soatto;Matteo Marchi;Pratik Chaudhari;Paulo Tabuada
  • 通讯作者:
    Paulo Tabuada

Paulo Tabuada的其他文献

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  • DOI:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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Support for Cyber-Physical Systems Week 2018 Student Participation
支持 2018 年网络物理系统周学生参与
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CPS:突破:CPS 稳健性的科学
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  • 资助金额:
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协作研究:计算机增强程序工程探险 (ExCAPE):利用综合进行软件设计
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CPS:小型:迈向强大的网络物理系统
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  • 资助金额:
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CSR-EHCS(EHS), SM: Collaborative Research: An Anytime Approach to Real-Time Embedded Control
CSR-EHCS(EHS),SM:协作研究:实时嵌入式控制的随时方法
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    2008
  • 资助金额:
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SGER: Event-triggered control over sensor/actuator wireless networks
SGER:对传感器/执行器无线网络的事件触发控制
  • 批准号:
    0841216
  • 财政年份:
    2008
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CSR - EHS: Formal Methods for Control and Real-Time Scheduling Co-Design
CSR - EHS:控制和实时调度协同设计的形式化方法
  • 批准号:
    0712502
  • 财政年份:
    2006
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CAREER: Automated Synthesis of Embedded Control Software
职业:嵌入式控制软件的自动综合
  • 批准号:
    0717188
  • 财政年份:
    2006
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Workshop on Networked Embedded Sensing and Control: October 17-18, 2005-University of Notre Dame
网络嵌入式传感与控制研讨会:2005年10月17-18日-圣母大学
  • 批准号:
    0552190
  • 财政年份:
    2006
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

小分子代谢物Catechin与TRPV1相互作用激活外周感觉神经元介导尿毒症瘙痒的机制研究
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  • 资助金额:
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DHEA抑制小胶质细胞Fis1乳酸化修饰减轻POCD的机制
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    82301369
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SETDB1调控小胶质细胞功能及参与阿尔茨海默病发病机制的研究
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PTBP1驱动H4K12la/BRD4/HIF1α复合物-PKM2正反馈环路促进非小细胞肺癌糖代谢重编程的机制研究及治疗方案探索
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    2023
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相似海外基金

SHF: Small: Efficient, Deterministic and Formally Certified Methods for Solving Low-dimensional Linear Programs with Floating-point Precision
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  • 批准号:
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SHF:小型:VeriFFI——经过正式验证的函数式 C 程序
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A Study on Yulintuce of Huizhou in Ming and Qing Periods
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  • 批准号:
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    2019
  • 资助金额:
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A Study on Yulintuce of Huizhou in Ming and Qing Periods
明清时期徽州榆林图研究
  • 批准号:
    19K01020
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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SHF:Small:设计可形式验证的架构
  • 批准号:
    1421167
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant
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作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了