少数の合成画像で細かな違いを学ぶ省資源型AI技術を開発~AIが見るべき場所を残す新たなデータセット蒸留手法FD²~

2026-08-19 北海道大学

北海道大学などの研究グループは、大量の画像データを少数の合成画像へ圧縮しながら、鳥の種類や車種など見た目が似た対象を識別するための細かな特徴を保持する、新しいデータセット蒸留手法「FD²」を開発した。従来のデータセット蒸留では、データ量や計算量を削減できる一方、分類に重要な細部の情報が失われやすかった。FD²は、AIの注意マップとクラスプロトタイプを利用し、同一クラスの特徴を強調するとともに、複数の合成画像が同じ部位だけに注目することを防ぐことで、頭部や翼、車のライトや車体形状など複数の識別手がかりを保持する。実験では分類精度が最大15.1ポイント向上し、異なるAIモデルでも有効性を確認。データ保存量・計算量を抑えた省資源・省エネルギー型AI開発への応用が期待される。

少数の合成画像で細かな違いを学ぶ省資源型AI技術を開発~AIが見るべき場所を残す新たなデータセット蒸留手法FD²~
図1. 提案⼿法(FD²)が⽣成した合成画像及びその注⽬領域(⾚枠)

<関連情報>

FD²:細粒度データセット蒸留のための専用フレームワーク FD2: A Dedicated Framework for Fine-Grained Dataset Distillation

Hongxu Ma, Guang Li, Shijie Wang, Dongzhan Zhou, Baoli Sun, Takahiro Ogawa, Miki Haseyama, Zhihui Wang
arXiv  last revised 27 Jun 2026 (this version, v2)
DOI:https://doi.org/10.48550/arXiv.2603.25144

Abstract

Dataset distillation (DD) compresses a large training set into a small synthetic set, reducing storage and training cost, and has shown strong results on general benchmarks. Decoupled DD further improves efficiency by splitting the pipeline into pretraining, sample distillation, and soft-label generation. However, existing decoupled methods largely rely on coarse class-label supervision and optimize samples within each class in a nearly identical manner. On fine-grained datasets, this often yields distilled samples that (i) retain large intra-class variation with subtle inter-class differences and (ii) become overly similar within the same class, limiting localized discriminative cues and hurting recognition. To solve the above-mentioned problems, we propose FD2, a dedicated framework for Fine-grained Dataset Distillation. FD2 localizes discriminative regions and constructs fine-grained representations for distillation. During pretraining, counterfactual attention learning aggregates discriminative representations to update class prototypes. During distillation, a fine-grained characteristic constraint aligns each sample with its class prototype while repelling others, and a similarity constraint diversifies attention across same-class samples. Experiments on multiple fine-grained and general datasets show that FD2 integrates seamlessly with decoupled DD and improves performance in most settings, indicating strong transferability. Code is available at this https URL.

1601コンピュータ工学
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