Datawhale零基础入门CV赛事字符识别模型

 

目录

1、模型选择

2、模型具体内容介绍


1、模型选择

在深度学习网络中,可以选取FC(full connect)全连接网络结构、CNN卷积神经网络结构、RNN递归神经网络以及变种LSTM长短期记忆神经网络,针对不同的优缺点、可以知道的是,针对于1D信号而言、FC全连接神经网络应用较广,由于其可以直接做FC而不需要进行flatten,对于二维图像信号而言即2D信号而言,便是现在深度学习应用最广的卷积神经网络结构,具体可以包含(步长、卷积核大小、卷积核个数等)、扩张卷积等等,RNN卷积神经网络在自然语言处理以及视频中应用广泛,由于其后一帧与前面的所有帧的联系使得该方法更有优势,但是由于数据量越大网络越复杂冗余使得LSTM的出现,给出了门控单元进行前面帧有效信息的提取以及无效信息的抑制来有效的减少网络的冗余,在连续帧数据的提取中同样的可以使用SVD进行去冗余,再加上SVD本身的性质可以实现的去噪功能使得该方法更为的广泛。

最终由于我们处理的是街道字符图像,所以选取CNN卷积神经网络。

2、模型具体内容介绍

全连接神经网络

全连接层的每一个结点都与上一层的所有结点相连,用来把前边提取到的特征综合起来。由于其全相连的特性,一般全连接层的参数也是最多的。例如在VGG16中,第一个全连接层FC1有4096个节点,上一层POOL2是7*7*512 = 25088个节点,则该传输需要4096*25088个权值,需要耗很大的内存。一般在分类任务中最后会使用到全连接网络。

Datawhale零基础入门CV赛事字符识别模型_第1张图片

 

卷积神经网络(简称CNN)是一类特殊的人工神经网络,是深度学习中重要的一个分支。CNN在很多领域都表现优异,精度和速度比传统计算学习算法高很多。特别是在计算机视觉领域,CNN是解决图像分类、图像检索、物体检测和语义分割的主流模型。

CNN每一层由众多的卷积核组成,每个卷积核对输入的像素进行卷积操作,得到下一次的输入。随着网络层的增加卷积核会逐渐扩大感受野,并缩减图像的尺寸。

 

CNN是一种层次模型,输入的是原始的像素数据。CNN通过卷积(convolution)、池化(pooling)、非线性激活函数(non-linear activation function)和全连接层(fully connected layer)构成。

如下图所示为LeNet网络结构,是非常经典的字符识别模型。两个卷积层,两个池化层,两个全连接层组成。卷积核都是5×5,stride=1,池化层使用最大池化。

 

通过多次卷积和池化,CNN的最后一层将输入的图像像素映射为具体的输出。如在分类任务中会转换为不同类别的概率输出,然后计算真实标签与CNN模型的预测结果的差异,并通过反向传播更新每层的参数,并在更新完成后再次前向传播,如此反复直到训练完成 。

与传统机器学习模型相比,CNN具有一种端到端(End to End)的思路。在CNN训练的过程中是直接从图像像素到最终的输出,并不涉及到具体的特征提取和构建模型的过程,也不需要人工的参与。

随着网络结构的发展,研究人员最初发现网络模型结构越深、网络参数越多模型的精度更优。比较典型的是AlexNet、VGG、InceptionV3和ResNet的发展脉络。

ResNet主要是添加了网络的恒等映射,进而使得前面的梯度信息不会出现梯度弥散,通过恒等映射使得保留了前面的信息,这样可以使得网络更深

DenseNet是ResNet的改进版本
在Pytorch中构建CNN模型非常简单,只需要定义好模型的参数和正向传播即可,Pytorch会根据正向传播自动计算反向传播。

这个CNN模型包括两个卷积层,最后并联6个全连接层进行分类。

import torch
torch.manual_seed(0)
torch.backends.cudnn.deterministic = False
torch.backends.cudnn.benchmark = True

import torchvision.models as models
import torchvision.transforms as transforms
import torchvision.datasets as datasets
import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F
import torch.optim as optim
from torch.autograd import Variable
from torch.utils.data.dataset import Dataset

# 定义模型
class SVHN_Model1(nn.Module):
    def __init__(self):
        super(SVHN_Model1, self).__init__()
        # CNN提取特征模块
        self.cnn = nn.Sequential(
            nn.Conv2d(3, 16, kernel_size=(3, 3), stride=(2, 2)),
            nn.ReLU(),  
            nn.MaxPool2d(2),
            nn.Conv2d(16, 32, kernel_size=(3, 3), stride=(2, 2)),
            nn.ReLU(), 
            nn.MaxPool2d(2),
        )
        # 
        self.fc1 = nn.Linear(32*3*7, 11)
        self.fc2 = nn.Linear(32*3*7, 11)
        self.fc3 = nn.Linear(32*3*7, 11)
        self.fc4 = nn.Linear(32*3*7, 11)
        self.fc5 = nn.Linear(32*3*7, 11)
        self.fc6 = nn.Linear(32*3*7, 11)
    
    def forward(self, img):        
        feat = self.cnn(img)
        feat = feat.view(feat.shape[0], -1)
        c1 = self.fc1(feat)
        c2 = self.fc2(feat)
        c3 = self.fc3(feat)
        c4 = self.fc4(feat)
        c5 = self.fc5(feat)
        c6 = self.fc6(feat)
        return c1, c2, c3, c4, c5, c6
    
model = SVHN_Model1()

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