[發(fā)明專利]一種針對圖像樣本不平衡的數(shù)據(jù)增強方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202011160209.6
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112270653A
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐新勝;李晗
• 申請（專利權(quán)）人: 中國計量大學(xué)
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T3/40
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種針對圖像樣本不平衡的數(shù)據(jù)增強方法，具體步驟如下：

(1)分析數(shù)據(jù)集，將數(shù)據(jù)集劃分為包含特征的數(shù)據(jù)集和不包含特征的數(shù)據(jù)集，統(tǒng)計包含特征數(shù)據(jù)集中各樣本比例。對整個數(shù)據(jù)集進行圖片翻轉(zhuǎn)、平移、旋轉(zhuǎn)、色域變換、增加噪聲等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)增強操作。

(2)劃分特征圖像與非特征圖像比例，構(gòu)建隨機函數(shù)A。

(3)根據(jù)樣本比例計算各樣本被選取的概率，通過算出各樣本的被選概率構(gòu)建隨機函數(shù)B，通過隨機函數(shù)A、B選取4張圖像。

(4)使用改進的標(biāo)準(zhǔn)分布計算圖像拼接點。改進方法為標(biāo)準(zhǔn)分布中加入隨機變量t，限制標(biāo)準(zhǔn)分布取到邊界點。

(5)將特征填補位置劃分為5個位置，構(gòu)建隨機函數(shù)C選取特征填補位置。

(6)使用隨機函數(shù)C剪切4張圖像，拼接得到一張新圖像。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種針對圖像樣本不平衡的數(shù)據(jù)增強方法，其特征在于，步驟(1)中，不同于一般數(shù)據(jù)增強中隨機選取圖像、裁剪圖像后拼接的方法，該方法在使用時需要根據(jù)數(shù)據(jù)集中不同樣本量在數(shù)據(jù)集中的比例進行后續(xù)隨機函數(shù)的設(shè)定。在統(tǒng)計樣本類別后，對樣本圖像進行隨機數(shù)據(jù)增強操作，對原本數(shù)據(jù)集進行第一次擴容。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種針對圖像樣本不平衡的數(shù)據(jù)增強方法，其特征在于，步驟(2)中，拼接特征圖像的同時，增加非特征(不包括特征)圖像或其他無關(guān)類別的圖像。通過加入無關(guān)圖像和非特征圖像，可強化通過該數(shù)據(jù)集訓(xùn)練得到網(wǎng)絡(luò)的魯棒性，泛化模型檢測能力，避免小樣本數(shù)據(jù)集易過擬合問題。劃分非特征圖像與特征圖像拼接的比例，構(gòu)建隨機函數(shù)A。通過隨機函數(shù)A保證在選取圖像的同時能夠使特征圖像與非特征圖像比例為1:1，同時保證在該比例下圖像選取的隨機性。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種針對圖像樣本不平衡的數(shù)據(jù)增強方法，其特征在于，步驟(3)中，基于步驟(1)中計算得出的樣本比例，計算各樣本應(yīng)被選取的概率使得進行數(shù)據(jù)增強后各樣本在數(shù)據(jù)集中比例基本一致。通過計算出的被選比例構(gòu)建隨機函數(shù)B。隨機函數(shù)B能夠保證數(shù)據(jù)集中樣本比例基本一致的同時，不影響該比例下特征圖像選取的隨機性。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種針對圖像樣本不平衡的數(shù)據(jù)增強方法，其特征在于，步驟(4)中，在圖像二維坐標(biāo)上選擇一個點(w,h)作為四張裁剪后圖像的拼接點，為保證拼接點隨機且盡量在圖像中間，故使用標(biāo)準(zhǔn)分布計算拼接點(w,h)，為了限制在標(biāo)準(zhǔn)分布中將拼接點(w,h)取到圖像邊緣，故在拼接點(w,h)標(biāo)準(zhǔn)分布中引入隨機變量t，使計算得到的拼接點隨機分布在圖像中央。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種針對圖像樣本不平衡的數(shù)據(jù)增強方法，特征在于，步驟(5)中，對選取圖像中標(biāo)注的特征框進行裁剪，若選取的特征框小于拼接部分的面積，需要圖像其他區(qū)域進行填補。提出5個缺陷框可以存放的位置隨機確定裁剪背景內(nèi)容。特征框分別位于圖像坐上角、右上角、中間、左下角、右下角，構(gòu)建隨機函數(shù)C，隨機為特征框選取位置。隨機函數(shù)C保證了特征框在剪切圖像上位置的多樣性。