《電子技術應用》
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基于深度学习的可视化图表分类方法研究
电子技术应用
张明凯1,胡军国1,刘江南2,邓飞1,尹文杰1
1.浙江农林大学 数学与计算机科学学院;2.浙江农林大学 化学与材料工程学院
摘要: 可视化图表的分类研究对于图表理解和文档解析具有很大的意义。分别通过爬虫和软件生成的方式,构建了两个包含16类常见图表的数据集,该数据集在数量、类型和样式丰富性上具有一定的优势。在3个数据集上实验对比了Transformer架构和卷积神经网络架构的模型,结果表明Transformer架构在图表分类任务上具有一定优势。基于Swin Transformer模型,设计了多种数据增强策略,在增加模型泛化性的同时也引入了分布差异;通过对不同策略训练出的模型预测进行均值融合,同单模型相比分类性能有较大提升。在6个测试集上对集成模型进行了测试,分类准确率均大于0.9;对于图像质量高、视觉形式简单的生成图表,模型分类准确率接近1。
中圖分類號:TP391 文獻標志碼:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.244851
中文引用格式: 張明凱,胡軍國,劉江南,等. 基于深度學習的可視化圖表分類方法研究[J]. 電子技術應用,2024,50(5):58-65.
英文引用格式: Zhang Mingkai,Hu Junguo,Liu Jiangnan,et al. Research on visualization chart classification method based on deep learning[J]. Application of Electronic Technique,2024,50(5):58-65.
Research on visualization chart classification method based on deep learning
Zhang Mingkai1,Hu Junguo1,Liu Jiangnan2,Deng Fei1,Yin Wenjie1
1.College of Mathematics and Computer Science, Zhejiang A & F University; 2.College of Chemistry and Materials Engineering, Zhejiang A & F University
Abstract: The classification research of visual charts holds significant implications for chart comprehension and document parsing. This paper has constructed two datasets, each containing 16 common chart types, using web scraping and software generation. These datasets exhibit certain advantages in terms of quantity, type, and stylistic diversity. This paper has also conducted experiments comparing Transformer and Convolutional Neural Network (CNN) architectures on three datasets, and the results indicates that the Transformer architecture has certain advantages in the task of chart classification. Utilizing the Swin Transformer model, this paper designs various data augmentation strategies, not only increasing the generalization of the model, but also introducing the distribution difference. By averaging predictions from models trained with different strategies, there is a significant improvement in classification performance compared to individual models. The ensemble model was tested on 6 test sets, with classification accuracy exceeding 0.9 in all cases. For generated charts with high image quality and simple visual forms, the model's classification accuracy approached 1.
Key words : chart classification;chart comprehension;convolutional neural network;Swin Transformer;model ensemble

引言

可視化圖表作為一種直觀的信息表現(xiàn)形式,往往被用于文獻或報告中展示關鍵的數(shù)據(jù),在現(xiàn)代媒介中使用十分廣泛。但受限于當下的技術水平,這些圖表信息很難被計算機檢索,大量的數(shù)據(jù)埋沒在浩如煙海的網(wǎng)絡中。隨著相關數(shù)據(jù)的增加,圖表的自動化解析逐漸被重視起來。圖表通過簡單的圖形幫助人類理解數(shù)據(jù)背后隱含的差異或趨勢等信息,但對于計算機來講,讀取這些圖形所代表的含義卻十分困難。不同類型的圖表具有不同的視覺形式,很難用一套固定的模式或方法解析出來,目前較為有效的方法是根據(jù)圖表類型使用特定的數(shù)據(jù)解析方案[1]。因此,理解圖表的首要工作是圖表類型識別,可視化圖表的分類研究對于圖表理解和文檔解析具有很大的意義。

圖表分類技術作為圖像分類技術的子分支,與計算機視覺技術的發(fā)展聯(lián)系十分密切。表1對相關研究進行了總結。早期研究[2-5]多使用一些手工設計的過濾器來提取圖表圖像的特征,先將提取到的特征降維,再通過一些機器學習方法實現(xiàn)分類。這些研究大都需要手工構建特征,數(shù)據(jù)集也相對較小,模型的泛化性不高。隨著計算機視覺領域深度學習模型的發(fā)展,基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡的分類模型被用在圖表分類任務中,這些研究[6-14]的分類效果有了很大提升,數(shù)據(jù)集也得到很大程度上的擴充。


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作者信息:

張明凱1,胡軍國1,劉江南2,鄧飛1,尹文杰1

(1.浙江農(nóng)林大學 數(shù)學與計算機科學學院,浙江 杭州 311300;2.浙江農(nóng)林大學 化學與材料工程學院,浙江 杭州 311300)


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