数据增广(data augmentation)在训练深度神经网络时的必要性解释

该文探讨了使用Residual U-Net进行左心室精确且鲁棒的分割,强调了多样化训练数据集和数据增强在防止过拟合中的重要性。通过随机选择图像并应用翻转、旋转和位移操作,增加输入数据的多样性,避免网络过度关注特定区域的特征。此外,提到随机弹性变形是训练少标注图像的关键。论文还提到了数据增强在教网络学习不变性和鲁棒性方面的作用。

Left-Ventricle Quantification Using Residual U-Net

Kerfoot E., Clough J., Oksuz I., Lee J., King A.P., Schnabel J.A. (2019) Left-Ventricle Quantification Using Residual U-Net. In: Pop M. et al. (eds) Statistical Atlases and Computational Models of the Heart. Atrial Segmentation and LV Quantification Challenges. STACOM 2018. Lecture Notes in Computer Science, vol 11395. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-12029-0_40

3.1 Image Preprocessing

An accurate and robust segmentation network requires a large dataset so that it learns a general solution which can correctly segment images not seen in training, and does not become over-fitted to the input data. The key concep

### 对 InBreast 数据集进行预处理的方法 尽管当前引用的内容主要涉及 `sklearn` 的乳腺癌数据集[^1],而非具体的 InBreast 数据集(通常指公开的医学影像数据库),但可以通过类似的逻辑来完成对 InBreast 数据集的预处理工作。 以下是针对 InBreast 数据集的一般性预处理方法及其对应的 Python 代码示例: #### 加载必要的库 为了实现图像数据的读取、增强以及标准化操作,需引入以下常用库: ```python import os from PIL import Image import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt from sklearn.model_selection import train_test_split from tensorflow.keras.preprocessing.image import ImageDataGenerator ``` #### 图像路径获取与加载 假设 InBreast 数据集存储于本地文件夹中,则可通过遍历目录结构的方式加载所有图片。 ```python data_dir = 'path_to_inbreast_dataset' # 替换为实际的数据集路径 image_paths = [os.path.join(data_dir, f) for f in os.listdir(data_dir) if f.endswith('.dcm')] def load_image(path): """ 使用 PIL 或其他工具加载 DICOM 文件 """ image = Image.open(path).convert('L') # 转灰度图 return np.array(image) images = [load_image(p) for p in image_paths] ``` #### 数据分割 将原始数据划分为训练集和测试集以便后续建模评估。 ```python X_train, X_test = train_test_split(images, test_size=0.2, random_state=42) y_train, y_test = [], [] # 假设标签已知并同步划分 ``` #### 归一化处理 对于深度学习模型而言,输入特征值范围应尽可能接近 `[0, 1]` 或标准正态分布形式。 ```python X_train_norm = np.array(X_train) / 255.0 X_test_norm = np.array(X_test) / 255.0 ``` #### 数据增广 (Augmentation) 通过随机变换扩充样本数量从而提升泛化能力。 ```python datagen = ImageDataGenerator( rotation_range=20, width_shift_range=0.2, height_shift_range=0.2, horizontal_flip=True ) augmented_images = datagen.flow(np.expand_dims(X_train_norm[0], axis=0), batch_size=1) for i in range(9): # 展示部分增强效果 augmented_img = next(augmented_images)[0].astype('float32') plt.subplot(330 + 1 + i) plt.imshow(augmented_img.squeeze(), cmap='gray') plt.show() ``` 以上即是对 InBreast 数据集执行基本预处理流程的一个完整实例说明。值得注意的是具体实施细节可能依据项目需求有所调整。
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