Dados sintéticos

Como são criados os dados sintéticos

A geração de dados sintéticos utiliza várias técnicas, consoante a complexidade e a fidelidade exigidas. Algumas abordagens comuns incluem:

• Modelação estatística: Utiliza métodos estatísticos como a amostragem a partir de distribuições de probabilidade ou modelos de regressão derivados de dados reais.
• Simulações: Cria ambientes ou processos virtuais para gerar dados. Isto é comum na robótica e nos sistemas autónomos, utilizando plataformas como o NVIDIA Omniverse ou o Unity Simulation.
• Modelos de aprendizagem profunda: Emprega técnicas de Deep Learning (DL), especialmente Generative Adversarial Networks (GANs) e, mais recentemente, Diffusion Models. Estes modelos aprendem os padrões subjacentes dos dados reais e geram novos pontos de dados semelhantes. O artigo original sobre GANs introduziu um conceito fundamental nesta área.

Importância na IA e na visão computacional

Os dados sintéticos oferecem várias vantagens significativas para o desenvolvimento da IA e da visão por computador:

• Supera a escassez de dados: Fornece grandes volumes de dados quando os dados do mundo real são limitados ou caros de adquirir, ajudando a treinar modelos robustos(Dicas para o treinamento de modelos).
• Melhora a privacidade dos dados: Gera dados que retêm propriedades estatísticas sem conter informações sensíveis do mundo real, ajudando a cumprir os regulamentos de privacidade e permitindo técnicas como a Privacidade Diferencial.
• Reduzir o enviesamento: Pode ser cuidadosamente controlado para atenuar ou aumentar a representação de grupos ou cenários sub-representados, ajudando a resolver o enviesamento do conjunto de dados e a promover a equidade na IA.
• Abrange casos extremos: Permite a criação de dados que representam cenários raros ou perigosos (por exemplo, acidentes com veículos autónomos, condições médicas raras) que são difíceis de captar na realidade. Isto melhora a generalização do modelo.
• Eficiência em termos de custos e tempo: Muitas vezes é mais barato e mais rápido de gerar do que recolher e rotular dados do mundo real(Explicação da rotulagem de dados).

Na visão computacional, as imagens sintéticas são frequentemente utilizadas para treinar modelos para tarefas como a deteção de objectos, a segmentação de imagens e a estimativa de pose sob diversas condições (por exemplo, iluminação variável, clima, pontos de vista) que podem ser difíceis de encontrar nos conjuntos de dados disponíveis.

Aplicações no mundo real

Os dados sintéticos são aplicados em vários sectores:

• IA no sector automóvel: Os modelos de treino para carros autónomos requerem grandes quantidades de dados de condução diversificados. As simulações, como o ambiente de simulação da Waymo, geram cenários sintéticos que incluem eventos raros, como acidentes ou condições de estrada invulgares, cruciais para testes de segurança sem riscos no mundo real. Isto acelera o desenvolvimento de sistemas autónomos fiáveis.
• IA nos cuidados de saúde: O desenvolvimento de modelos de IA para a análise de imagens médicas, como a deteção de tumores, enfrenta frequentemente desafios devido aos regulamentos relativos à privacidade dos pacientes (como a HIPAA) e à escassez de dados rotulados para doenças raras. Imagens médicas sintéticas ou registos de pacientes (por exemplo, gerados com ferramentas como a Synthea) permitem aos investigadores treinar modelos sem comprometer a privacidade, democratizando o acesso aos dados.

Outras aplicações incluem a modelação financeira(AI in Finance), o retalho(AI for Smarter Retail) e a formação em robótica.

Dados sintéticos vs. aumento de dados

Embora tanto os dados sintéticos como o aumento de dados tenham como objetivo melhorar os conjuntos de dados, são conceitos distintos:

• Aumento de dados: Envolve a aplicação de transformações (como rotação, corte, mudanças de cor) a pontos de dados reais existentes para criar versões ligeiramente modificadas. Aumenta a diversidade do conjunto de treino com base na distribuição original dos dados. Os modelos Ultralytics incorporam frequentemente aumentos incorporados(Integração de Albumentações).
• Dados sintéticos: Refere-se a dados inteiramente novos gerados artificialmente, muitas vezes utilizando simulações ou modelos generativos como GANs. Não parte necessariamente de um ponto de dados real específico e pode representar cenários completamente ausentes do conjunto de dados original.

Essencialmente, o aumento de dados expande a variação em torno dos dados existentes, enquanto os dados sintéticos podem criar pontos e cenários de dados totalmente novos, oferecendo uma forma poderosa de complementar ou mesmo substituir dados reais no treino de modelos de IA geridos através de plataformas como o Ultralytics HUB.