基于深度学习的【野生动物识别】系统设计与实现~Python

一、介绍

动物识别系统，使用Python作为主要开发语言，基于深度学习TensorFlow框架，搭建卷积神经网络算法。并通过对18种动物数据集进行训练，最后得到一个识别精度较高的模型。并基于Django框架，开发网页端操作平台，实现用户上传一张动物图片识别其名称。目前可识别的动物有：'乌龟', '云豹', '变色龙', '壁虎', '狞猫', '狮子', '猎豹', '美洲狮', '美洲虎', '老虎', '蜥蜴', '蝾螈', '蟾蜍', '豹猫', '钝吻鳄', '雪豹','非洲豹', '鬣蜥'。本系统是一个完整的人工智能，机器学习，深度学习项目，包含训练预测代码，训练好的模型，WEB网页端界面，数据集等相关资料。

二、系统效果图片展示

三、演示视频 and 完整代码 and 安装

视频+代码+介绍：https://www.yuque.com/ziwu/yygu3z/uwc4sl67ox7x4lyr

四、ResNet50卷积神经网络算法

ResNet50（Residual Network 50-layer）是由微软研究院提出的一种深度卷积神经网络模型，它具有独特的设计思想——“残差连接”（Residual Connection），旨在解决传统深度神经网络训练过程中面临的梯度消失和梯度爆炸问题。

ResNet50的最大特点是使用了残差连接，也称为“快捷连接”（Shortcut Connections）。传统的深层神经网络存在训练困难的问题，特别是在网络层数加深后，训练时梯度可能会消失或者爆炸，从而导致模型难以收敛。ResNet通过引入残差学习的方式，在每一层的输出与输入之间添加了一条直接的跳跃连接，这使得梯度能够直接流过这些残差连接，从而有效避免了梯度消失问题。这种设计使得网络能够训练得非常深，且不容易过拟合。

ResNet50拥有50层，意味着它比许多传统网络更深。深度的增加带来了更强的表达能力，但也伴随着更难训练的挑战。残差连接的引入使得ResNet在深度扩展时仍然能保持较好的训练效果。

ResNet50由多个“残差模块”（Residual Blocks）组成，每个模块通常包含多个卷积层，并通过残差连接将输入与输出相加。这些模块的堆叠使得ResNet50能够学习更复杂的特征。

ResNet50被证明在多个计算机视觉任务上表现优越，尤其是在图像分类、目标检测、语义分割等领域。它通过大幅度降低训练时的复杂度，避免了深层网络的训练困难，显著提高了模型的准确性和效率。

ResNet50是一个强大的预训练模型，常常被用作迁移学习的基础。在许多计算机视觉任务中，我们可以使用ResNet50的预训练权重，进行微调，从而快速适应新的任务。

示例代码

以下是使用TensorFlow和Keras框架实现ResNet50模型的代码：

import tensorflow as tf
from tensorflow.keras import layers, models
from tensorflow.keras.applications import ResNet50
from tensorflow.keras.preprocessing.image import ImageDataGenerator
from tensorflow.keras.optimizers import Adam

# 加载ResNet50预训练模型，去掉顶层（全连接层）
base_model = ResNet50(weights='imagenet', include_top=False, input_shape=(224, 224, 3))

# 冻结ResNet50的卷积层，避免预训练层的权重在训练过程中更新
base_model.trainable = False

# 构建新的全连接层
model = models.Sequential([
    base_model,
    layers.GlobalAveragePooling2D(),
    layers.Dense(256, activation='relu'),
    layers.Dense(5, activation='softmax')  # 假设是5分类任务
])

# 编译模型
model.compile(optimizer=Adam(lr=0.0001), loss='categorical_crossentropy', metrics=['accuracy'])

# 数据预处理和增强
train_datagen = ImageDataGenerator(rescale=1./255, rotation_range=30, width_shift_range=0.2, height_shift_range=0.2, shear_range=0.2, zoom_range=0.2, horizontal_flip=True)
test_datagen = ImageDataGenerator(rescale=1./255)

# 加载训练和验证数据
train_generator = train_datagen.flow_from_directory('path_to_train_data', target_size=(224, 224), batch_size=32, class_mode='categorical')
validation_generator = test_datagen.flow_from_directory('path_to_validation_data', target_size=(224, 224), batch_size=32, class_mode='categorical')

# 训练模型
model.fit(train_generator, epochs=10, validation_data=validation_generator)

# 保存训练后的模型
model.save('resnet50_finetuned_model.h5')

代码说明：

1. ResNet50预训练模型：我们加载了ResNet50的预训练权重，并去掉了顶层（全连接层），以便根据新的任务需求添加新的全连接层。
2. 冻结预训练卷积层：通过base_model.trainable = False，我们冻结了ResNet50的卷积层，避免在训练过程中修改这些预训练的权重。
3. 全连接层：添加了全局平均池化层（GlobalAveragePooling2D）和两个全连接层来处理任务特定的分类。
4. 数据增强：使用ImageDataGenerator对训练集进行数据增强，以提高模型的泛化能力。
5. 训练和评估：使用训练数据和验证数据来训练模型，最终保存训练后的模型。

通过以上步骤，我们可以利用ResNet50进行迁移学习，并通过微调来适应特定的分类任务。