The power of DNNs relies heavily on the quantity and quality of training data. However, collecting and annotating data on a large scale is often expensive and time-consuming. To address this issue, we explore a new task, termed dataset expansion, aimed at expanding a ready-to-use small dataset by automatically creating new labeled samples. To this end, we present a Guided Imagination Framework (GIF) that leverages cutting-edge generative models like DALL-E2 and Stable Diffusion (SD) to "imagine" and create informative new data from the input seed data. Specifically, GIF conducts data imagination by optimizing the latent features of the seed data in the semantically meaningful space of the prior model, resulting in the creation of photo-realistic images with new content. To guide the imagination towards creating informative samples for model training, we introduce two key criteria, i.e., class-maintained information boosting and sample diversity promotion. These criteria are verified to be essential for effective dataset expansion: GIF-SD obtains 13.5% higher model accuracy on natural image datasets than unguided expansion with SD. With these essential criteria, GIF successfully expands small datasets in various scenarios, boosting model accuracy by 36.9% on average over six natural image datasets and by 13.5% on average over three medical datasets. The source code is available at https://github.com/Vanint/DatasetExpansion.


翻译:深度神经网络的性能在很大程度上依赖于训练数据的数量与质量。然而,大规模数据采集与标注通常成本高昂且耗时。为解决这一问题,我们探索了一项名为"数据集扩展"的新任务,旨在通过自动生成新的标注样本,对已有的小规模就绪数据集进行扩充。为此,我们提出了一种引导式想象框架(GIF),该框架利用DALL-E2和Stable Diffusion(SD)等前沿生成模型,基于输入种子数据“想象”并生成具有信息量的新数据。具体而言,GIF通过在生成模型具有语义意义的潜在空间中优化种子数据的潜在特征来实现数据想象,从而生成包含新内容且具有照片级真实感的图像。为了引导想象过程生成对模型训练有信息增益的样本,我们引入了两个关键准则:类别保持信息增强与样本多样性促进。实验验证了这两个准则对于有效数据集扩展至关重要:在自然图像数据集上,采用GIF-SD进行扩展相比直接使用SD进行无引导扩展,模型准确率提升了13.5%。借助这些关键准则,GIF成功在多种场景下扩展了小规模数据集:在六个自然图像数据集上平均提升模型准确率36.9%,在三个医学数据集上平均提升13.5%。源代码开源于https://github.com/Vanint/DatasetExpansion。

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