A Survey on Image Data Augmentation for deep learning

Ref:
1. A survey on Image Data Augmentation for Deep Learning
2. Generative Adversarial Network in Medical Imaging- A Review

1. 目的是解决过拟合问题

常用方法有：

1. Dropout Batch normalization 等正则化方法
2. Transfer learning, pretraining 等训练方法
3. one-shot， zero-shot等元学习方法
4. 增加数据质量和数量

2.图像数据增强的常用方法

3. Basic Image Manipulations

Geometrric transformation 基于位置的变换，包括：

1. rotation
2. flipping
3. cropping
4. translation： shift the image up/down to avoid positional bias

Color space transformation 基于图像色彩空间的变换，包括：
5. change color space like RGB
6. color jittering
7. edge enhancement
8. PCA

Noise injection 把噪声注入到图片
Kernel filter 使用sharpen或blur到图片上，这个方法也可直接作用于模型中
Mixing Images 混合图像法
Random earsing 随机擦除一部分图像做掩模，作为增强的图像

4.Deep Learning Based Methods

1. Feature Space Augmentation, 对已经通过模型处理的（嵌入的图片）图片特征向量做处理
2. Adversial Training，使用如噪声注入的方法攻击当前图像，作为数据增强。
3. GAN based methods 使用GAN生成新的图像
4. Neural Style Transfer 使用深度学习，把图像从一种表示转变到另一种表示，空间向量的转变。

5.Other Methods

1. Test-time augmentation 在测试的时候增强测试数据，可以使模型更加stable
2. Curriculum learning 使用循环训练数据的方法，对抗在选择训练数据random selection带来的问题
3. Resolution Impact 对于分辨率的操作，如生成超分辨率的图像以提升模型性能

6. Evaluation

使用Visual Turing Test对生成的数据进行测试，看是否满足评估标准

7. GAN 为核心的方法

GAN在图像生成方向可大致分为三类
基于判别器的改进：

1. 对于loss的改进， f-divergence（f-GANs），least-squarel （LSGANs），hinge loss，Wasserstein distance（WGAN）
2. 由于GAN无法做推理，故提出了ALI，BiGAN，InfoGAN

基于生成器的改进：

1. 对于生成图像的约束 conditional GANs
2. 图像翻译 CycleGAN，UNIT

基于GAN结构的改进：

1. 上/下采样 DCGAN
2. 高分辨率图像 LAPGAN
3. 风格转换 StyleGAN，SPADE

8.GAN用于图像数据生成

1. unconditional methods： 随机输入噪声，输出为图像，一般是按类生成。DCGAN，WGAN，PGGAN
2. modality cross：在多模态的限制下，输入输出都为图像，意在用不同的空间向量表达同一图像。CycleGAN
3. 其他条件限制：如text，segment，location等，一般基于通用的conditional GANs

9.结论和感想

1. 图像增强可以分为 image warping 和 oversampling两类
2. 图像的成对翻译在数据增强方向仍有潜力
3. 一些方法是可以结合的，如random earsing可以与多种模型结合，GAN由于其内在递归属性，从GAN中生成的数据可以用传统方法进行二次增强
4. 未来的研究会集中提升在GAN生成样本的质量上，
5. 将元学习与数据增强结合，可能会揭示为什么数据增强能影响分类任务
6. 可以使用GAN+NAS的思路做数据增强