图像识别零基础?手把手带你打造一个小狗分类器!

Posted 简说Python

tags:

篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了图像识别零基础?手把手带你打造一个小狗分类器!相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

福利干货,第一时间送达!


本文授权转载自GitPython,禁二次转载

阅读文本大概需要 9 分钟。

项目介绍

小狗分类器可以做什么?
通过这个分类器,你只需要上传照片,就可以得到小狗的品种,以及更多的信息。
这就是所谓的「机器学习」,让机器自己去“学习”。我们今天要做的这个分类任务,是一个“监督学习”的过程。
监督学习的主要目标是从有标签的训练数据中学习模型,以便对未知或未来的数据做出预测。
我给大家讲一个例子。
用“房子的尺寸”预测“房子的价格”
图像识别零基础?手把手带你打造一个小狗分类器!
图片来自(吴恩达-机器学习)

    X-房子的尺寸(小狗的图片)
    Y-房子的价格(小狗的类别)

如图,我们根据已经有的数据集(图上的坐标),可以拟合出一条近似符合规律的直线。
这样,再有新的房子尺寸(1250),我们就可以估算出房子的价格(220k)了。
有了这些简单的基础,可以开始搞了。

效果展示

训练集的准确率为0.925,但测试集只有0.7
说明过拟合了,可以再增加一些图片,或者使用数据增强,来减少过拟合。

图像识别零基础?手把手带你打造一个小狗分类器!


测试了两张图片,全都识别对了!

图像识别零基础?手把手带你打造一个小狗分类器!

编写思路

整个分类器的实现,可以分为以下几个部分:
1 准备数据集
我们可以通过爬虫技术,把4类图像(京巴、拉布拉多、柯基、泰迪)保存到本地。总共有 840张图片做训练集,188张图片做测试集。
数据集的准备,可以参考上一篇文章。
点击上图,阅读原文


2 数据集的预处理

1) 统一尺寸为100*100*3(RGB彩色图像)

  
    
    
  
# 统一尺寸的核心代码
img = Image.open(img_path)
new_img = img.resize((100, 100), Image.BILINEAR)
new_img.save(os.path.join( './dog_kinds_after/' + dog_name, jpgfile))

2) 由于数据是自己下载的,需要制作标签(label),可提取图像名称的第一个数字作为类别。(重命名图片)

  
    
    
  
kind =  0

# 遍历京巴的文件夹
images = os.listdir(images_path)
for name  in images:
    image_path = images_path +  '/'
    os.rename(image_path + name, image_path + str(kind) + '_' + name.split( '.')[ 0]+ '.jpg')


3)划分数据集
840张图片做训练集,188张图片做测试集

4)把图片转换为网络需要的类型

  
    
    
  
# 只放了训练集的代码,测试集一样操作。
ima_train = os.listdir( './train')

# 图片其实就是一个矩阵(每一个像素都是0-255之间的数)(100*100*3)
# 1.把图片转换为矩阵
def read_train_image(filename):
    img = Image.open(
'./train/'  + filename).convert( 'RGB' )
    
return  np.array(img)

x_train = []
# 2.把所有的图片矩阵放在一个列表里 (840, 100, 100, 3)
for  i  in  ima_train:
    x_train.append(read_train_image(i))
x_train = np.array(x_train)
# 3.提取kind类别作为标签
y_train = []
for  filename  in  ima_train:
    y_train.append(int(filename.split(
'_' )[ 0 ]))

# 标签(0/1/2/3)(840,)
y_train = np.array(y_train)

# 我是因为重命名图片为(1/2/3/4),所以都减了1
# 为了能够转化为独热矩阵
y_train = y_train - 
1   

# 4.把标签转换为独热矩阵
# 将类别信息转换为独热码的形式(独热码有利于神经网络的训练)
y_train = np_utils.to_categorical(y_train)
y_test = np_utils.to_categorical(y_test)
print(y_test)

x_train = x_train.astype(
'float32' )
x_test = x_test.astype(
'float32' )

x_train /= 
255
x_test /= 
255
print(x_train.shape)   # (840, 100, 100, 3)
print(y_train.shape)  
# (840,)


3 搭建卷积神经网络


Keras是基于TensorFlow的深度学习库,是由纯Python编写而成的高层神经网络API,也仅支持Python开发。

它是为了支持快速实践而对Tensorflow的再次封装,让我们可以不用关注过多的底层细节,能够把想法快速转换为结果。

  
    
    
  
# 1.搭建模型 (类似于VGG,直接拿来用就行)
model = Sequential()
# 这里搭建的卷积层共有32个卷积核,卷积核大小为3*3,采用relu的激活方式。
# input_shape,字面意思就是输入数据的维度。

#这里使用序贯模型,比较容易理解
#序贯模型就像搭积木一样,将神经网络一层一层往上搭上去

model.add(Conv2D( 32, ( 33), activation= 'relu', input_shape=( 1001003)))
model.add(Conv2D( 32, ( 33), activation= 'relu'))
model.add(MaxPooling2D(pool_size=( 22)))
model.add(Dropout( 0.25))

model.add(Conv2D( 64, ( 33), activation= 'relu'))
model.add(Conv2D( 64, ( 33), activation= 'relu'))
model.add(MaxPooling2D(pool_size=( 22)))
model.add(Dropout( 0.25))
#dropout层可以防止过拟合,每次有25%的数据将被抛弃

model.add(Flatten())
model.add(Dense( 256, activation= 'relu'))
model.add(Dropout( 0.5))
model.add(Dense( 4, activation= 'softmax'))


4 训练

训练的过程,就是最优解的过程。

图像识别零基础?手把手带你打造一个小狗分类器!


对上图来说,就是根据数据集,不断的迭代,找到一条最近似的直线(y = kx + b),把参数k,b保存下来,预测的时候直接加载。


  
    
    
  
# 编译模型
sgd = SGD(lr= 0.01, decay= 1e-6, momentum= 0.9, nesterov= True)
model.compile(loss= 'categorical_crossentropy', optimizer=sgd, metrics=[ 'accuracy'])

# 一共进行32轮
# 也就是说840张图片,每次训练10张,相当于一共训练84次
model.fit(x_train, y_train, batch_size= 10, epochs= 32)


# 保存权重文件(也就是相当于“房价问题的k和b两个参数”)
model.save_weights( './dog_weights.h5', overwrite= True)
# 评估模型
score = model.evaluate(x_test, y_test, batch_size= 10)
print(score)

5 预测

此时k、b(参数)和x(小狗的图像)都是已知的了,求k(类别)就完了。

  
    
    
  
# 1.上传图片
name = input( '上传图片的名称(例如:XX.jpg)为:')

# 2.预处理图片(代码省略)

# 3.加载权重文件
model.load_weights( 'dog_weights.h5')

# 4.预测类别
classes = model.predict_classes(x_test)[ 0]

target = [ '京巴''拉布拉多''柯基''泰迪']
# 3-泰迪 2-柯基 1-拉布拉多 0-京巴

# 5.打印结果
print( "识别结果为:" + target[classes])

依赖环境

深度学习框架Keras和TensorFlow
2 PIL扩展库(预处理图片)
3 Pycharm/Jupyter notebook

源码地址  

公众号后台回复: 图像识别


2小时快速掌握Python基础知识要点。

完整Python基础知识要点




学Python | 聊赚钱
    
      
      
    
给个[在看]

以上是关于图像识别零基础?手把手带你打造一个小狗分类器!的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

用 Python 图像识别打造一个小狗分类器

一篇文搞懂webpack[零基础教学+手把手带你搞项目]

C/C++打造Windows项目教程:任务管理器(Windows操作系统)!手把手带你进行Windows服务器开发

Python零基础(转行)自学天花板,手把手带你进入新风口高薪职业

2023最新版网络安全保姆级指南,手把手带你从零基础进阶渗透攻防工程师

零基础用TensorFlow玩转Kaggle的“手写识别”