机器学习实验四:深度学习图像生成Q&A(Part one:图像风格迁移)

简介: 机器学习实验四:深度学习图像生成Q&A(Part one:图像风格迁移)

 写在前面:

       感谢大家的关注。在此声明:博客的本意是供自己存档实验报告,同时便于同学之间相互交流遇到的问题。 欢迎大家评论和私信自己遇到的问题和解决方案,让我们共同进步。

VGG19模型文件及实验用图下载地址(无需积分,直接下载,如遇404说明资源在审核,csdn审核为2-10个工作日):

https://download.csdn.net/download/qq_43554335/34058130

下面是我在调试代码过程中遇到的一些问题及解决方案,希望对您有所帮助。

Q1:Variable += value not supported. Use variable.assign_add(value) to modify the variable value and variable = variable + value to get a new Tensor object.

A1:不支持+=这种写法,就是把l+=dd这种写法变成l=l+dd就可以了,替换如图:

image.gif

Q2:RuntimeError: tf.gradients is not supported when eager execution is enabled. Use tf.GradientTape instead.

image.gif

A2:使用tf1的compat模式禁用eager-execution约束表单tf2,添加如下代码:

import tensorflow as tf
tf.compat.v1.disable_eager_execution()

image.gif

Q3:

If you want to see a list of allocated tensors when OOM happens, add report_tensor_allocations_upon_oom to RunOptions for current allocation info. This isn't available when running in Eager mode.

image.gif

A3:错误原因显卡内存不足

解决方案1:减少Batch_Size大小。(网上说的,我改小了也8行)

Batch就是每次送入网络中训练的一部分数据,而Batch_Size就是每个batch中训练样本的数量。

解决方案2:增加pool层,降低整个网络的维度。(没试,有兴趣可以试试)

解决方案3:修改输入图片的大小,将图片尺寸改小。(然而我试了并8行)

解决方案4:指定第二块GPU,添加如下代码:(我采用的是这个方式,由于显卡问题,运行的比较慢,需要耐心等待)

import os
os.environ["CUDA_VISIBLE_DEVICES"] = "2"#指定第二块GPU

image.gif

这里推荐两个基础学习链接:

1、深度学习中的Epoch,Batchsize,Iterations,都是什么鬼?

深度学习中的Epoch,Batchsize,Iterations,都是什么鬼? - 简书

2、深度学习笔记:windows+tensorflow 指定GPU占用内存(解决gpu爆炸问题)

深度学习笔记:windows+tensorflow 指定GPU占用内存(解决gpu爆炸问题)_去向前方的博客-CSDN博客

实验结果截图

image.gif

完整代码(代码来源指导书,再次强调不许截图我的白鹿)

from keras.preprocessing.image import load_img, img_to_array
import numpy as np
from keras.applications import vgg19, inception_v3
from keras import backend as K
import matplotlib.pyplot as plt
import scipy
from scipy.optimize import fmin_l_bfgs_b
import time
import tensorflow as tf
tf.compat.v1.disable_eager_execution()
#import os
#os.environ["CUDA_VISIBLE_DEVICES"]=""
import os
os.environ["CUDA_VISIBLE_DEVICES"] = "2"#指定第二块GPU
target_image_path = '../sources/bailu.png'
style_reference_image_path = '../sources/benpaoba.png'
width, height = load_img(target_image_path).size
img_height = 400
img_width = int(width * img_height / height)
#定义函数preprocess_image()用于做图像预处理。将图像从指定路径读入,调整为高度为400的尺寸,并做输入VGG19模型的预处理。
def preprocess_image(image_path):
    img = load_img(image_path, target_size=(img_height, img_width))
    img = img_to_array(img)
    img = np.expand_dims(img, axis=0)
    img = vgg19.preprocess_input(img)
    return img
def deprocess_image(x):
    # Remove zero-center by mean pixel
    x[:, :, 0] += 103.939
    x[:, :, 1] += 116.779
    x[:, :, 2] += 123.68
    # 'BGR'->'RGB'
    x = x[:, :, ::-1]
    x = np.clip(x, 0, 255).astype('uint8')
    return x
target_image = K.constant(preprocess_image(target_image_path))
style_reference_image = K.constant(preprocess_image(style_reference_image_path))
combination_image = K.placeholder((1, img_height, img_width, 3))
input_tensor = K.concatenate([target_image, style_reference_image, combination_image], axis=0)
model = vgg19.VGG19(input_tensor=input_tensor,
                    weights='../models/vgg19_weights_tf_dim_ordering_tf_kernels_notop.h5',
                    include_top=False)
#定义工具函数content_loss()用于计算原始图像和生成图像的内容损失。
def content_loss(base, combination):
    return K.sum(K.square(combination - base))
#定义工具函数style_loss()用于计算参考图像和生成图像的风格损失。
def gram_matrix(x):
    features = K.batch_flatten(K.permute_dimensions(x, (2, 0, 1)))
    gram = K.dot(features, K.transpose(features))
    return gram
def style_loss(style, combination):
    S = gram_matrix(style)
    C = gram_matrix(combination)
    channels = 3
    size = img_height * img_width
    return K.sum(K.square(S - C)) / (4. * (channels ** 2) * (size ** 2))
#定义工具函数total_variation_loss()用于计算生成图像的空间连续性,可以看作正规化损失。
def total_variation_loss(x):
    a = K.square(
        x[:, :img_height - 1, :img_width - 1, :] - x[:, 1:, :img_width - 1, :])
    b = K.square(
        x[:, :img_height - 1, :img_width - 1, :] - x[:, :img_height - 1, 1:, :])
    return K.sum(K.pow(a + b, 1.25))
# Dict mapping layer names to activation tensors
outputs_dict = dict([(layer.name, layer.output) for layer in model.layers])
# Name of layer used for content loss
content_layer = 'block5_conv2'
# Name of layers used for style loss
style_layers = ['block1_conv1','block2_conv1','block3_conv1','block4_conv1','block5_conv1']
# Weights in the weighted average of the loss components
total_variation_weight = 1e-4
style_weight = 1.
content_weight = 0.025
# Define the loss by adding all components to a `loss` variable
loss = K.variable(0.)
layer_features = outputs_dict[content_layer]
target_image_features = layer_features[0, :, :, :]
combination_features = layer_features[2, :, :, :]
#loss += content_weight * content_loss(target_image_features,combination_features)
loss = loss + content_weight * content_loss(target_image_features,combination_features)
for layer_name in style_layers:
    layer_features = outputs_dict[layer_name]
    style_reference_features = layer_features[1, :, :, :]
    combination_features = layer_features[2, :, :, :]
    sl = style_loss(style_reference_features, combination_features)
    loss += (style_weight / len(style_layers)) * sl
loss += total_variation_weight * total_variation_loss(combination_image)
# Get the gradients of the generated image wrt the loss
grads = K.gradients(loss, combination_image)[0]
# Function to fetch the values of the current loss and the current gradients
fetch_loss_and_grads = K.function([combination_image], [loss, grads])
class Evaluator(object):
    def __init__(self):
        self.loss_value = None
        self.grads_values = None
    def loss(self, x):
        assert self.loss_value is None
        x = x.reshape((1, img_height, img_width, 3))
        outs = fetch_loss_and_grads([x])
        loss_value = outs[0]
        grad_values = outs[1].flatten().astype('float64')
        self.loss_value = loss_value
        self.grad_values = grad_values
        return self.loss_value
    def grads(self, x):
        assert self.loss_value is not None
        grad_values = np.copy(self.grad_values)
        self.loss_value = None
        self.grad_values = None
        return grad_values
evaluator = Evaluator()
#调用程序包scipy.optimize中的函数fmin_l_bfgs_b()做梯度下降,共计3次迭代。
iterations = 3
x = preprocess_image(target_image_path)
x = x.flatten()
for i in range(iterations):
    print('Start of iteration', i)
    start_time = time.time()
    x, min_val, info = fmin_l_bfgs_b(evaluator.loss, x,
                                     fprime=evaluator.grads, maxfun=20)
    print('Current loss value:', min_val)
    # Save current generated image
    img = x.copy().reshape((img_height, img_width, 3))
    img = deprocess_image(img)
    end_time = time.time()
print('Iteration %d completed in %ds' % (i, end_time - start_time))
# Content image
plt.figure(figsize=(8,3))
plt.subplots_adjust(left=0.0, right=1.0)
plt.subplot(131)
plt.title('Content Image')
plt.imshow(load_img(target_image_path, target_size=(img_height, img_width)))
plt.axis('off')
plt.subplot(132)
plt.title('Style Image')
plt.imshow(load_img(style_reference_image_path, target_size=(img_height, img_width)))
plt.axis('off')
plt.subplot(133)
plt.title('Generate Image')
plt.imshow(img)
plt.axis('off')
plt.show()

image.gif


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