tensorflow2.0如何實(shí)現(xiàn)cnn的圖像識(shí)別
tensorflow2.0實(shí)現(xiàn)cnn圖像識(shí)別
import tensorflow as tf
from tensorflow.keras import layers, optimizers, datasets, Sequential
import os
os.environ['TF_CPP_MIN_LOG_LEVEL']='2'
tf.random.set_seed(2345)
conv_layers = [ # 5 units of conv + max pooling
# unit 1
layers.Conv2D(64, kernel_size=[3, 3], padding="same", activation=tf.nn.relu),
layers.Conv2D(64, kernel_size=[3, 3], padding="same", activation=tf.nn.relu),
layers.MaxPool2D(pool_size=[2, 2], strides=2, padding='same'),
# unit 2
layers.Conv2D(128, kernel_size=[3, 3], padding="same", activation=tf.nn.relu),
layers.Conv2D(128, kernel_size=[3, 3], padding="same", activation=tf.nn.relu),
layers.MaxPool2D(pool_size=[2, 2], strides=2, padding='same'),
# unit 3
layers.Conv2D(256, kernel_size=[3, 3], padding="same", activation=tf.nn.relu),
layers.Conv2D(256, kernel_size=[3, 3], padding="same", activation=tf.nn.relu),
layers.MaxPool2D(pool_size=[2, 2], strides=2, padding='same'),
# unit 4
layers.Conv2D(512, kernel_size=[3, 3], padding="same", activation=tf.nn.relu),
layers.Conv2D(512, kernel_size=[3, 3], padding="same", activation=tf.nn.relu),
layers.MaxPool2D(pool_size=[2, 2], strides=2, padding='same'),
# unit 5
layers.Conv2D(512, kernel_size=[3, 3], padding="same", activation=tf.nn.relu),
layers.Conv2D(512, kernel_size=[3, 3], padding="same", activation=tf.nn.relu),
layers.MaxPool2D(pool_size=[2, 2], strides=2, padding='same')
]
def preprocess(x, y):
# [0~1]
x = tf.cast(x, dtype=tf.float32) / 255.
y = tf.cast(y, dtype=tf.int32)
return x,y
(x,y), (x_test, y_test) = datasets.cifar100.load_data()
y = tf.squeeze(y, axis=1)
y_test = tf.squeeze(y_test, axis=1)
print(x.shape, y.shape, x_test.shape, y_test.shape)
train_db = tf.data.Dataset.from_tensor_slices((x,y))
train_db = train_db.shuffle(1000).map(preprocess).batch(128)
test_db = tf.data.Dataset.from_tensor_slices((x_test,y_test))
test_db = test_db.map(preprocess).batch(64)
sample = next(iter(train_db))
print('sample:', sample[0].shape, sample[1].shape,
tf.reduce_min(sample[0]), tf.reduce_max(sample[0]))
def main():
# [b, 32, 32, 3] => [b, 1, 1, 512]
conv_net = Sequential(conv_layers)
fc_net = Sequential([
layers.Dense(256, activation=tf.nn.relu),
layers.Dense(128, activation=tf.nn.relu),
layers.Dense(100, activation=None),
])
conv_net.build(input_shape=[None, 32, 32, 3])
fc_net.build(input_shape=[None, 512])
optimizer = optimizers.Adam(lr=1e-4)
# [1, 2] + [3, 4] => [1, 2, 3, 4]
variables = conv_net.trainable_variables + fc_net.trainable_variables
for epoch in range(50):
for step, (x,y) in enumerate(train_db):
with tf.GradientTape() as tape:
# [b, 32, 32, 3] => [b, 1, 1, 512]
out = conv_net(x)
# flatten, => [b, 512]
out = tf.reshape(out, [-1, 512])
# [b, 512] => [b, 100]
logits = fc_net(out)
# [b] => [b, 100]
y_onehot = tf.one_hot(y, depth=100)
# compute loss
loss = tf.losses.categorical_crossentropy(y_onehot, logits, from_logits=True)
loss = tf.reduce_mean(loss)
grads = tape.gradient(loss, variables)
optimizer.apply_gradients(zip(grads, variables))
if step %100 == 0:
print(epoch, step, 'loss:', float(loss))
total_num = 0
total_correct = 0
for x,y in test_db:
out = conv_net(x)
out = tf.reshape(out, [-1, 512])
logits = fc_net(out)
prob = tf.nn.softmax(logits, axis=1)
pred = tf.argmax(prob, axis=1)
pred = tf.cast(pred, dtype=tf.int32)
correct = tf.cast(tf.equal(pred, y), dtype=tf.int32)
correct = tf.reduce_sum(correct)
total_num += x.shape[0]
total_correct += int(correct)
acc = total_correct / total_num
print(epoch, 'acc:', acc)
if __name__ == '__main__':
main()
cnn+tensorflow實(shí)現(xiàn)識(shí)別圖片
通過一個(gè)圖像分類問題介紹卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是如何工作的。下面是卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)判斷一個(gè)圖片是否包含“兒童”的過程,包括四個(gè)步驟:
● 圖像輸入(InputImage)
● 卷積(Convolution)
● 最大池化(MaxPooling)
● 全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Fully-ConnectedNeural Network)計(jì)算。

首先將圖片分割成如下圖的重疊的獨(dú)立小塊;下圖中,這張照片被分割成了77張大小相同的小圖片。

接下來將每一個(gè)獨(dú)立小塊輸入小的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);這個(gè)小的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)被訓(xùn)練用來判斷一個(gè)圖片是否屬于“兒童”類別,它輸出的是一個(gè)特征數(shù)組。

標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)碼相機(jī)有紅、綠、藍(lán)三個(gè)通道(Channels),每一種顏色的像素值在0-255之間,構(gòu)成三個(gè)堆疊的二維矩陣;灰度圖像則只有一個(gè)通道,可以用一個(gè)二維矩陣來表示。
將所有的獨(dú)立小塊輸入小的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)后,再將每一個(gè)輸出的特征數(shù)組按照第一步時(shí)77個(gè)獨(dú)立小塊的相對(duì)位置做排布,得到一個(gè)新數(shù)組。

第二步中,這個(gè)小的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)這77張大小相同的小圖片都進(jìn)行同樣的計(jì)算,也稱權(quán)重共享(SharedWeights)。
這樣做是因?yàn)?,第一,?duì)圖像等數(shù)組數(shù)據(jù)來說,局部數(shù)組的值經(jīng)常是高度相關(guān)的,可以形成容易被探測(cè)到的獨(dú)特的局部特征;第二,圖像和其它信號(hào)的局部統(tǒng)計(jì)特征與其位置是不太相關(guān)的,如果特征圖能在圖片的一個(gè)部分出現(xiàn),也能出現(xiàn)在任何地方。
所以不同位置的單元共享同樣的權(quán)重,并在數(shù)組的不同部分探測(cè)相同的模式。
數(shù)學(xué)上,這種由一個(gè)特征圖執(zhí)行的過濾操作是一個(gè)離散的卷積,卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由此得名。

卷積步驟完成后,再使用MaxPooling算法來縮減像素采樣數(shù)組,按照2×2來分割特征矩陣,分出的每一個(gè)網(wǎng)格中只保留最大值數(shù)組,丟棄其它數(shù)組,得到最大池化數(shù)組(Max-PooledArray)。
接下來將最大池化數(shù)組作為另一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入,這個(gè)全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)會(huì)最終計(jì)算出此圖是否符合預(yù)期的判斷。

在實(shí)際應(yīng)用時(shí),卷積、最大池化和全連接神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算,這幾步中的每一步都可以多次重復(fù)進(jìn)行,總思路是將大圖片不斷壓縮,直到輸出單一的值。使用更多卷積步驟,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就可以處理和學(xué)習(xí)更多的特征。
總結(jié)
以上為個(gè)人經(jīng)驗(yàn),希望能給大家一個(gè)參考,也希望大家多多支持腳本之家。
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