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(guò)一個(gè)圖像分類(lèi)問(wèn)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(guò)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(lái)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(lái)判斷一個(gè)圖片是否屬于“兒童”類(lèi)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(lái)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(chēng)權(quán)重共享(SharedWeights)。
這樣做是因?yàn)椋谝?,?duì)圖像等數(shù)組數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō),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(guò)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(lái)縮減像素采樣數(shù)組,按照2×2來(lái)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(lái)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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