图像分类保姆级教程-深度学习入门教程(附全部代码)

简介: 图像分类保姆级教程-深度学习入门教程(附全部代码)

数据处理

图像二分类涉及到数据的处理,需要将图像转换为计算机可以识别的数字格式。通常使用的方法是将每个图像转换为一个多维数组,每个像素点的值代表该像素点的颜色强度。对于彩色图像,通常有三个通道(红色、绿色、蓝色),因此对于每个像素点,需要有三个值来表示它的颜色。\

from torchvision import transforms

# 定义数据预处理的操作
data_transforms = {
    'train': transforms.Compose([
        # 针对训练集的数据预处理操作
        transforms.RandomResizedCrop(224),  # 随机裁剪并调整大小为 224x224 像素
        transforms.RandomHorizontalFlip(),  # 随机水平翻转
        transforms.ToTensor(),  # 转换为张量格式
        # 对图像进行标准化,使用均值 [0.485, 0.456, 0.406] 和标准差 [0.229, 0.224, 0.225]
        transforms.Normalize([0.485, 0.456, 0.406], [0.229, 0.224, 0.225])
    ]),
    'val': transforms.Compose([
        # 针对验证集的数据预处理操作
        transforms.Resize(256),  # 调整图像大小为 256x256 像素
        transforms.CenterCrop(224),  # 中心裁剪为 224x224 像素
        transforms.ToTensor(),  # 转换为张量格式
        # 对图像进行标准化,使用均值 [0.485, 0.456, 0.406] 和标准差 [0.229, 0.224, 0.225]
        transforms.Normalize([0.485, 0.456, 0.406], [0.229, 0.224, 0.225])
    ]),
    'test': transforms.Compose([
        # 针对测试集的数据预处理操作(通常与验证集相似)
        transforms.Resize(256),  # 调整图像大小为 256x256 像素
        transforms.CenterCrop(224),  # 中心裁剪为 224x224 像素
        transforms.ToTensor(),  # 转换为张量格式
        # 对图像进行标准化,使用均值 [0.485, 0.456, 0.406] 和标准差 [0.229, 0.224, 0.225]
        transforms.Normalize([0.485, 0.456, 0.406], [0.229, 0.224, 0.225])
    ]),
}


数据布置

在图像二分类中,通常会将数据集分为训练集和测试集。训练集用于训练模型,测试集用于评估模型性能。数据集应该按照一定比例划分成两个部分。常见的比例是将数据集的80%用于训练,20%用于测试。此外,还需要将数据标记为正样本或负样本,以便进行监督学习。

- img (主文件夹)
    - train (训练数据子文件夹)
        - 猫 (猫类别的训练样本)
            - cat1.jpg
            - cat2.jpg
            - ...
        - 狗 (狗类别的训练样本)
            - dog1.jpg
            - dog2.jpg
            - ...
        - 兔子 (兔子类别的训练样本)
            - rabbit1.jpg
            - rabbit2.jpg
            - ...
    - val (验证数据子文件夹)
        - 猫 (猫类别的验证样本)
            - cat101.jpg
            - cat102.jpg
            - ...
        - 狗 (狗类别的验证样本)
            - dog101.jpg
            - dog102.jpg
            - ...
        - 兔子 (兔子类别的验证样本)
            - rabbit101.jpg
            - rabbit102.jpg
            - ...

训练

使用深度学习框架,如Keras或PyTorch,可以方便地调用现有的图像分类模型进行训练。

  1. 在训练模型之前,需要设置模型架构、超参数、损失函数和优化器等。可以使用GPU进行加速,以缩短训练时间。
  2. 训练过程通常需要反复调整模型和超参数,以获得更好的性能。
def train_model(model, criterion, optimizer, scheduler, num_epochs=25):
    since = time.time()

    best_model_wts = copy.deepcopy(model.state_dict())
    best_acc = 0.0

    for epoch in range(num_epochs):
        print(f'Epoch {epoch}/{num_epochs - 1}')
        print('-' * 10)

        # Each epoch has a training and validation phase
        for phase in ['train', 'val']:
            if phase == 'train':
                model.train()  # Set model to training mode
            else:
                model.eval()   # Set model to evaluate mode

            running_loss = 0.0
            running_corrects = 0

            # Iterate over data.
            for inputs, labels in dataloaders[phase]:
                inputs = inputs.to(device)
                labels = labels.to(device)

                # zero the parameter gradients
                optimizer.zero_grad()

                # forward
                # track history if only in train
                with torch.set_grad_enabled(phase == 'train'):
                    outputs = model(inputs)
                    _, preds = torch.max(outputs, 1)
                    loss = criterion(outputs, labels)

                    # backward + optimize only if in training phase
                    if phase == 'train':
                        loss.backward()
                        optimizer.step()

                # statistics
                running_loss += loss.item() * inputs.size(0)
                running_corrects += torch.sum(preds == labels.data)
            if phase == 'train':
                scheduler.step()

            epoch_loss = running_loss / dataset_sizes[phase]
            epoch_acc = running_corrects.double() / dataset_sizes[phase]

            print(f'{phase} Loss: {epoch_loss:.4f} Acc: {epoch_acc:.4f}')

            # deep copy the model
            if phase == 'val' and epoch_acc > best_acc:
                best_acc = epoch_acc
                best_model_wts = copy.deepcopy(model.state_dict())

        print()

保存权重

训练完成后,应该保存模型的权重。这些权重包含了模型所学习到的知识,可以在之后用于推理预测或者继续进行训练。可以使用深度学习框架提供的API将模型权重保存到硬盘上。

model_ft = train_model(model_ft, criterion, optimizer_ft, exp_lr_scheduler,
                       num_epochs=25)
torch.save(model_ft,'model1.pth')


推理预测

通过加载之前保存的权重,可以使用模型进行推理预测。对于新的图像,需要将其转换为多维数组的形式,并传递给模型进行预测。


预测结果通常是一个概率值,表示该图像属于正样本的概率。可以设置阈值来确定判断标准,如当概率值大于0.5时,将其视为正样本。

import torchvision

#from model import Tudui
import torch
from PIL import Image
img_pth="qua_2.jpg"
true_label=img_pth

# 读取图像
img = Image.open(img_pth)
# 数据预处理

# 缩放
transform = torchvision.transforms.Compose([torchvision.transforms.Resize((32, 32)),
                                            torchvision.transforms.ToTensor()])
image = transform(img)
print(image.shape)

# 根据保存方式加载
model = torch.load("model.pth", map_location=torch.device('cpu'))

# 注意维度转换,单张图片
image1 = torch.reshape(image, (1, 3, 32, 32))

# 测试开关
model.eval()
# 节约性能
with torch.no_grad():
    output = model(image1)
    _, preds = torch.max(output, 1)
print(output)
# print(output.argmax(1))
# 定义类别对应字典
dist = {0: "不合格", 1: "合格"}
# 转numpy格式,列表内取第一个
#a = dist[output.argmax(1).numpy()[0]]
a = dist[preds.numpy()[0]]
# img.show()
print(a)
print("input_label:",true_label)


全部代码

训练部分:



from __future__ import print_function, division

import torch
import torch.nn as nn
import torch.optim as optim
from torch.optim import lr_scheduler
import torch.backends.cudnn as cudnn
import numpy as np
import torchvision
from torchvision import datasets, models, transforms
import matplotlib.pyplot as plt
import time
import os
import copy
import pandas as pd

cudnn.benchmark = True
plt.ion()   # interactive mode


data_transforms = {
    'train': transforms.Compose([
        transforms.RandomResizedCrop(224),
        transforms.RandomHorizontalFlip(),
        transforms.ToTensor(),
        transforms.Normalize([0.485, 0.456, 0.406], [0.229, 0.224, 0.225])
    ]),
    'val': transforms.Compose([
        transforms.Resize(256),
        transforms.CenterCrop(224),
        transforms.ToTensor(),
        transforms.Normalize([0.485, 0.456, 0.406], [0.229, 0.224, 0.225])
    ]),
    'test': transforms.Compose([
        transforms.Resize(256),
        transforms.CenterCrop(224),
        transforms.ToTensor(),
        transforms.Normalize([0.485, 0.456, 0.406], [0.229, 0.224, 0.225])
    ]),
}

data_dir = 'data'#####################修改输入路径
image_datasets = {x: datasets.ImageFolder(os.path.join(data_dir, x),
                                          data_transforms[x])
                  for x in ['train', 'val', 'test']}
dataloaders = {x: torch.utils.data.DataLoader(image_datasets[x], batch_size=4,
                                             shuffle=True, num_workers=4)
              for x in ['train', 'val', 'test']}
dataset_sizes = {x: len(image_datasets[x]) for x in ['train', 'val', 'test']}
class_names = image_datasets['train'].classes



device = torch.device("cuda:0" if torch.cuda.is_available() else "cpu")

def imshow(inp, title=None):
    """Imshow for Tensor."""
    inp = inp.numpy().transpose((1, 2, 0))
    mean = np.array([0.485, 0.456, 0.406])
    std = np.array([0.229, 0.224, 0.225])
    inp = std * inp + mean
    inp = np.clip(inp, 0, 1)
    plt.imshow(inp)
    if title is not None:
        plt.title(title)
    plt.pause(0.001)  # pause a bit so that plots are updated


# Get a batch of training data
inputs, classes = next(iter(dataloaders['train']))

# Make a grid from batch
out = torchvision.utils.make_grid(inputs)

imshow(out, title=[class_names[x] for x in classes])



def train_model(model, criterion, optimizer, scheduler, num_epochs=25):
    since = time.time()

    best_model_wts = copy.deepcopy(model.state_dict())
    best_acc = 0.0

    for epoch in range(num_epochs):
        print(f'Epoch {epoch}/{num_epochs - 1}')
        print('-' * 10)

        # Each epoch has a training and validation phase
        for phase in ['train', 'val']:
            if phase == 'train':
                model.train()  # Set model to training mode
            else:
                model.eval()   # Set model to evaluate mode

            running_loss = 0.0
            running_corrects = 0

            # Iterate over data.
            for inputs, labels in dataloaders[phase]:
                inputs = inputs.to(device)
                labels = labels.to(device)

                # zero the parameter gradients
                optimizer.zero_grad()

                # forward
                # track history if only in train
                with torch.set_grad_enabled(phase == 'train'):
                    outputs = model(inputs)
                    _, preds = torch.max(outputs, 1)
                    loss = criterion(outputs, labels)

                    # backward + optimize only if in training phase
                    if phase == 'train':
                        loss.backward()
                        optimizer.step()

                # statistics
                running_loss += loss.item() * inputs.size(0)
                running_corrects += torch.sum(preds == labels.data)
            if phase == 'train':
                scheduler.step()

            epoch_loss = running_loss / dataset_sizes[phase]
            epoch_acc = running_corrects.double() / dataset_sizes[phase]

            print(f'{phase} Loss: {epoch_loss:.4f} Acc: {epoch_acc:.4f}')

            # deep copy the model
            if phase == 'val' and epoch_acc > best_acc:
                best_acc = epoch_acc
                best_model_wts = copy.deepcopy(model.state_dict())

        print()

    time_elapsed = time.time() - since
    print(f'Training complete in {time_elapsed // 60:.0f}m {time_elapsed % 60:.0f}s')
    print(f'Best val Acc: {best_acc:4f}')
    torch.save(best_model_wts,'class.pth')
    # load best model weights
    model.load_state_dict(best_model_wts)
    return model

def getFileList(path):
    for dirpath, dirnames, filenames in os.walk('.'):
    for filename in filenames:
        print(os.path.join(dirpath, filename))
    return filepath


def visualize_model(model, num_images=6):
    was_training = model.training
    model.eval()
    images_so_far = 0
    # fig = plt.figure()

    with torch.no_grad():
        for i, (inputs, labels) in enumerate(dataloaders['val']):
            inputs = inputs.to(device)
            labels = labels.to(device)

            outputs = model(inputs)
            _, preds = torch.max(outputs, 1)

            for j in range(inputs.size()[0]):
                images_so_far += 1
                ax = plt.subplot(num_images//2, 2, images_so_far)
                ax.axis('off')
                ax.set_title(f'predicted: {class_names[preds[j]]}')
                imshow(inputs.cpu().data[j])

                if images_so_far == num_images:
                    model.train(mode=was_training)
                    return
        model.train(mode=was_training)
model_ft = models.resnet18(pretrained=True)
#torch.save(model_ft,'zsl_class')
num_ftrs = model_ft.fc.in_features
# Here the size of each output sample is set to 2.
# Alternatively, it can be generalized to nn.Linear(num_ftrs, len(class_names)).
model_ft.fc = nn.Linear(num_ftrs, 2)

model_ft = model_ft.to(device)

criterion = nn.CrossEntropyLoss()

# Observe that all parameters are being optimized
optimizer_ft = optim.SGD(model_ft.parameters(), lr=0.001, momentum=0.9)

# Decay LR by a factor of 0.1 every 7 epochs
exp_lr_scheduler = lr_scheduler.StepLR(optimizer_ft, step_size=7, gamma=0.1)


model_ft = train_model(model_ft, criterion, optimizer_ft, exp_lr_scheduler,
                       num_epochs=25)
torch.save(model_ft,'model1.pth')
test_model(model_ft)
visualize_model(model_ft)

记得修改这个路径

data_dir = 'data'

修改输入路径

记得保存权重

torch.save(model_ft,'model1.pth')

任意起名字 model.pth为对象

预测

from __future__ import print_function, division

import torch
import torch.nn as nn
import torch.optim as optim
from torch.optim import lr_scheduler
import torch.backends.cudnn as cudnn
import numpy as np
import torchvision
from torchvision import datasets, models, transforms
import matplotlib.pyplot as plt
import time
import os
import copy




import torchvision

#from model import Tudui
import torch
from PIL import Image
img_pth="qua_2.jpg"
true_label=img_pth

# 读取图像
img = Image.open(img_pth)
# 数据预处理

# 缩放
transform = torchvision.transforms.Compose([torchvision.transforms.Resize((32, 32)),
                                            torchvision.transforms.ToTensor()])
image = transform(img)
print(image.shape)

# 根据保存方式加载
model = torch.load("model.pth", map_location=torch.device('cpu'))

# 注意维度转换,单张图片
image1 = torch.reshape(image, (1, 3, 32, 32))

# 测试开关
model.eval()
# 节约性能
with torch.no_grad():
    output = model(image1)
    _, preds = torch.max(output, 1)
print(output)
# print(output.argmax(1))
# 定义类别对应字典
dist = {0: "不合格", 1: "合格"}
# 转numpy格式,列表内取第一个
#a = dist[output.argmax(1).numpy()[0]]
a = dist[preds.numpy()[0]]
# img.show()
print(a)
print("input_label:",true_label)

总结

当进行图像二分类任务时,以下是一些需要注意的要点:

  1. 数据集准备:
  • 确保你有一个标注好的数据集,其中每个图像都被正确地标记为两个类别中的一个。
  • 确保数据集中的类别平衡,即每个类别中的样本数量大致相等。

2.数据预处理:

  • 进行适当的数据预处理操作,例如调整图像大小、裁剪、归一化等。
  • 使用相同的数据预处理操作来处理训练

grad():

output = model(image1)

_, preds = torch.max(output, 1)

print(output)


print(output.argmax(1))

定义类别对应字典

dist = {0: “不合格”, 1: “合格”}


转numpy格式,列表内取第一个

#a = dist[output.argmax(1).numpy()[0]]

a = dist[preds.numpy()[0]]


img.show()

print(a)

print(“input_label:”,true_label)


## 总结

当进行图像二分类任务时,以下是一些需要注意的要点:

1. 数据集准备:
   - 确保你有一个标注好的数据集,其中每个图像都被正确地标记为两个类别中的一个。
   - 确保数据集中的类别平衡,即每个类别中的样本数量大致相等。

2. 数据预处理:
   - 进行适当的数据预处理操作,例如调整图像大小、裁剪、归一化等。
   - 使用相同的数据预处理操作来处理训练
相关文章
|
3月前
|
机器学习/深度学习 TensorFlow 算法框架/工具
深度学习中的图像风格迁移
【9月更文挑战第26天】本文将探讨如何利用深度学习技术,实现图像风格的转换。我们将从基础的理论出发,然后逐步深入到具体的实现过程,最后通过代码实例来展示这一技术的实际应用。无论你是初学者还是有经验的开发者,都能在这篇文章中找到有价值的信息。让我们一起探索深度学习的奥秘吧!
|
2月前
|
机器学习/深度学习 人工智能 TensorFlow
利用深度学习实现图像风格迁移
【8月更文挑战第73天】本文通过深入浅出的方式,介绍了一种使用深度学习技术进行图像风格迁移的方法。我们将探讨如何将一张普通照片转化为具有著名画作风格的艺术作品。文章不仅解释了背后的技术原理,还提供了一个实际的代码示例,帮助读者理解如何实现这一过程。
|
1月前
|
机器学习/深度学习 人工智能 算法
基于深度学习的地面垃圾识别分类技术
AI垃圾分类系统结合深度学习和计算机视觉技术,实现高效、精准的垃圾识别与自动分类。系统集成高精度图像识别、多模态数据分析和实时处理技术,适用于市政环卫、垃圾处理厂和智能回收设备,显著提升管理效率,降低人工成本。
基于深度学习的地面垃圾识别分类技术
|
1月前
|
机器学习/深度学习 编解码 算法
什么是超分辨率?浅谈一下基于深度学习的图像超分辨率技术
超分辨率技术旨在提升图像或视频的清晰度,通过增加单位长度内的采样点数量来提高空间分辨率。基于深度学习的方法,如SRCNN、VDSR、SRResNet等,通过卷积神经网络和残差学习等技术,显著提升了图像重建的质量。此外,基于参考图像的超分辨率技术通过利用高分辨率参考图像,进一步提高了重建图像的真实感和细节。
|
2月前
|
机器学习/深度学习
深度学习笔记(十二):普通卷积、深度可分离卷积、空间可分离卷积代码
本文探讨了深度可分离卷积和空间可分离卷积,通过代码示例展示了它们在降低计算复杂性和提高效率方面的优势。
194 2
深度学习笔记(十二):普通卷积、深度可分离卷积、空间可分离卷积代码
|
2月前
|
机器学习/深度学习 数据处理 数据库
基于Django的深度学习视频分类Web系统
基于Django的深度学习视频分类Web系统
60 4
基于Django的深度学习视频分类Web系统
|
2月前
|
机器学习/深度学习 PyTorch 算法框架/工具
揭秘深度学习中的微调难题:如何运用弹性权重巩固(EWC)策略巧妙应对灾难性遗忘,附带实战代码详解助你轻松掌握技巧
【10月更文挑战第1天】深度学习中,模型微调虽能提升性能,但常导致“灾难性遗忘”,即模型在新任务上训练后遗忘旧知识。本文介绍弹性权重巩固(EWC)方法,通过在损失函数中加入正则项来惩罚对重要参数的更改,从而缓解此问题。提供了一个基于PyTorch的实现示例,展示如何在训练过程中引入EWC损失,适用于终身学习和在线学习等场景。
126 4
揭秘深度学习中的微调难题:如何运用弹性权重巩固(EWC)策略巧妙应对灾难性遗忘,附带实战代码详解助你轻松掌握技巧
|
25天前
|
机器学习/深度学习 算法框架/工具 Python
深度学习的奥秘与实践:从理论到代码
本文将探索深度学习的世界,揭示其背后的原理,并分享如何将这些理论应用到实际编程中。我们将一起踏上一段旅程,从神经网络的基础概念出发,逐步深入到复杂的模型训练和优化技术。你将看到,即使是初学者,也可以实现自己的深度学习项目。
|
2月前
|
机器学习/深度学习 人工智能 算法
揭开深度学习与传统机器学习的神秘面纱:从理论差异到实战代码详解两者间的选择与应用策略全面解析
【10月更文挑战第10天】本文探讨了深度学习与传统机器学习的区别,通过图像识别和语音处理等领域的应用案例,展示了深度学习在自动特征学习和处理大规模数据方面的优势。文中还提供了一个Python代码示例,使用TensorFlow构建多层感知器(MLP)并与Scikit-learn中的逻辑回归模型进行对比,进一步说明了两者的不同特点。
95 2
|
1月前
|
机器学习/深度学习 人工智能 自动驾驶
深度学习的奇迹:如何用神经网络识别图像
【10月更文挑战第33天】在这篇文章中,我们将探索深度学习的奇妙世界,特别是卷积神经网络(CNN)在图像识别中的应用。我们将通过一个简单的代码示例,展示如何使用Python和Keras库构建一个能够识别手写数字的神经网络。这不仅是对深度学习概念的直观介绍,也是对技术实践的一次尝试。让我们一起踏上这段探索之旅,看看数据、模型和代码是如何交织在一起,创造出令人惊叹的结果。
32 0
下一篇
DataWorks