imgaug库指南（17）：从入门到精通的【图像增强】之旅

引言

在深度学习和计算机视觉的世界里，数据是模型训练的基石，其质量与数量直接影响着模型的性能。然而，获取大量高质量的标注数据往往需要耗费大量的时间和资源。正因如此，数据增强技术应运而生，成为了解决这一问题的关键所在。而imgaug，作为一个功能强大的图像增强库，为我们提供了简便且高效的方法来扩充数据集。本系列博客将带您深入了解如何运用imgaug进行图像增强，助您在深度学习的道路上更进一步。我们将从基础概念讲起，逐步引导您掌握各种变换方法，以及如何根据实际需求定制变换序列。让我们一起深入了解这个强大的工具，探索更多可能性，共同推动深度学习的发展。

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前期回顾

链接	主要内容
imgaug库指南（十）：从入门到精通的【图像增强】之旅	详细介绍了imgaug库的数据增强方法 —— 加性噪声(AddElementwise方法)
imgaug库指南（11）：从入门到精通的【图像增强】之旅	详细介绍了imgaug库的数据增强方法 —— 加性高斯噪声(AdditiveGaussianNoise方法)
imgaug库指南（12）：从入门到精通的【图像增强】之旅	详细介绍了imgaug库的数据增强方法 —— 加性拉普拉斯噪声(AdditiveLaplaceNoise方法)
imgaug库指南（13）：从入门到精通的【图像增强】之旅	详细介绍了imgaug库的数据增强方法 —— 加性泊松噪声(AdditivePoissonNoise方法)
imgaug库指南（14）：从入门到精通的【图像增强】之旅	详细介绍了imgaug库的数据增强方法 —— 乘法运算(Multiply方法)
imgaug库指南（15）：从入门到精通的【图像增强】之旅	详细介绍了imgaug库的数据增强方法 —— 乘法运算(MultiplyElementwise方法)
imgaug库指南（16）：从入门到精通的【图像增强】之旅	详细介绍了imgaug库的数据增强方法 —— Cutout方法

在本博客中，我们将向您详细介绍imgaug库的数据增强方法 —— Dropout方法。

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Dropout方法

功能介绍

iaa.Dropout是imgaug库中的核心方法之一，它通过在图像中随机移除像素，模拟了训练过程中的随机失活（dropout）效果。这种策略在深度学习中被广泛采用，主要目的是防止模型过拟合，并提升其泛化能力。通过适时地引入随机失活，模型在训练过程中能更好地应对各种数据分布，从而在实际应用中表现出更稳定的性能。

语法

import imgaug.augmenters as iaa
aug = iaa.Dropout(p=(0.0, 0.05), per_channel=False)

• p: 定义为图像中每个像素被丢弃的概率。

  • 若p为浮点数，则图像中每个像素被丢弃的概率为p；
  • 若p为元组(a, b)，则图像中每个像素被丢弃的概率为从区间[a, b]中采样的随机数；
  • 若p为列表，则图像中每个像素被丢弃的概率为从列表中随机采样的数；

• per_channel:

  • 若per_channel为True，则对于每幅图像的每个像素点的每个通道上都对应一个不一定相同的概率 ==> RGB图像指定像素位置上的三个通道分别对应三个随机选取的概率(三个通道各自对应一个概率，有的通道被丢弃，有的保留 ? 会出现颜色失真 )；
  • 若per_channel为False，则对于每幅图像的每个像素点的所有通道上都对应一个相同的随机概率 ==> RGB图像指定像素位置上的三个通道都是同一个随机概率(三个通道共进退，要么都被丢弃，要么保留)；
  • 若per_channel为区间[0,1]的浮点数，假设per_channel=0.6，那么对于60%的图像，per_channel为True；对于剩余的40%的图像，per_channel为False；

示例代码

1. 使用不同的丢弃概率p

import cv2
import imgaug.augmenters as iaa
import matplotlib.pyplot as plt

# 读取图像
img_path = r"D:\python_project\lena.png"
img = cv2.imread(img_path)
image = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2RGB)


# 创建数据增强器
aug1 = iaa.Dropout(p=0.2, per_channel=False)
aug2 = iaa.Dropout(p=0.5, per_channel=False)
aug3 = iaa.Dropout(p=0.8, per_channel=False)



# 对图像进行数据增强
blurred_image1 = aug1(image=image)
blurred_image2 = aug2(image=image)
blurred_image3 = aug3(image=image)

# 展示原始图像和数据增强后的图像
fig, axes = plt.subplots(2, 2, figsize=(10, 10))
axes[0][0].imshow(image)
axes[0][0].set_title("Original Image")
axes[0][1].imshow(blurred_image1)
axes[0][1].set_title("Augmented Image1")
axes[1][0].imshow(blurred_image2)
axes[1][0].set_title("Augmented Image2")
axes[1][1].imshow(blurred_image3)
axes[1][1].set_title("Augmented Image3")
plt.show()

运行结果如下：

图1 原图及数据增强结果可视化

可以从图1看到：

• 当丢弃概率p越大时, 数据增强后的新图像会出现更多的被丢弃的像素点。
• 由于per_channel=False，那么对于每一个像素点，要么三个通道都被丢弃(像素被黑)，要么三个通道同时保留(像素值不变)；

2. 当per_channel=True

import cv2
import imgaug.augmenters as iaa
import matplotlib.pyplot as plt

# 读取图像
img_path = r"D:\python_project\lena.png"
img = cv2.imread(img_path)
image = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2RGB)


# 创建数据增强器
aug1 = iaa.Dropout(p=0.2, per_channel=True)
aug2 = iaa.Dropout(p=0.5, per_channel=True)
aug3 = iaa.Dropout(p=0.8, per_channel=True)



# 对图像进行数据增强
blurred_image1 = aug1(image=image)
blurred_image2 = aug2(image=image)
blurred_image3 = aug3(image=image)

# 展示原始图像和数据增强后的图像
fig, axes = plt.subplots(2, 2, figsize=(10, 10))
axes[0][0].imshow(image)
axes[0][0].set_title("Original Image")
axes[0][1].imshow(blurred_image1)
axes[0][1].set_title("Augmented Image1")
axes[1][0].imshow(blurred_image2)
axes[1][0].set_title("Augmented Image2")
axes[1][1].imshow(blurred_image3)
axes[1][1].set_title("Augmented Image3")
plt.show()

运行结果如下：

图2 原图及数据增强结果可视化

可以从图2看到：

• 当丢弃概率p越大时, 数据增强后的新图像会出现更多的被丢弃的像素点。
• 由于per_channel=True，那么对于每一个像素点，三个通道有些被丢弃(像素值为0)，有些被保留(像素值不变) ? 出现明显的颜色失真；

注意事项

1. 概率的选择：像素被移除的概率决定了失活的程度。较大的概率会导致更多的像素被移除，从而产生更明显的失活效果。需要根据实际需求调整。
2. 通道独立性：如果设置了per_channel=True，则每个通道将使用独立的概率。这可以用于在每个通道上独立地进行随机失活。
3. 与其他增强器的结合使用：可以与其他图像增强方法结合使用，以获得更丰富的效果。例如，可以先应用模糊增强，然后再应用随机失活。
4. 结果的可重复性：每次应用增强器可能会产生稍微不同的结果，因为它是随机操作。为了确保结果的可重复性，可以使用aug.to_deterministic()方法将增强器转换为确定性状态。

总结

iaa.Dropout是一个非常有用的图像增强方法，它允许用户通过随机移除像素来模拟训练过程中的随机失活效果。与其他增强器结合使用，可以创造出丰富多样的图像效果。使用时需要注意概率的选择、通道独立性、与其他增强器的结合以及结果的可重复性等问题。

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小结

imgaug是一个强大的图像增强库，它可以帮助你创建出丰富多样的训练数据，从而改进你的深度学习模型的性能。通过定制变换序列和参数，你可以轻松地适应各种应用场景，从计算机视觉到医学影像分析。随着深度学习的发展，imgaug在未来将继续发挥重要作用。因此，将imgaug纳入你的数据增强工具箱是一个明智的选择。

参考链接

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结尾

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