小结7:目标检测基础、图像风格迁移、图像分类案例1

文章目录

  • 目标检测基础
    • 边界框
    • 瞄框
    • 交并比
  • 图像风格迁移
  • 图像分类案例1
    • 图像增强
    • 训练测试

目标检测基础

边界框

包含 x,y,w,h
小结7:目标检测基础、图像风格迁移、图像分类案例1_第1张图片

瞄框

标检测算法通常会在输入图像中采样大量的区域,然后判断这些区域中是否包含我们感兴趣的目标,并调整区域边缘从而更准确地预测目标的真实边界框(ground-truth bounding box)。不同的模型使用的区域采样方法可能不同。这里我们介绍其中的一种方法:它以每个像素为中心生成多个大小和宽高比(aspect ratio)不同的边界框。这些边界框被称为锚框(anchor box)。
小结7:目标检测基础、图像风格迁移、图像分类案例1_第2张图片

交并比

小结7:目标检测基础、图像风格迁移、图像分类案例1_第3张图片
小结7:目标检测基础、图像风格迁移、图像分类案例1_第4张图片
参考:动手学深度学习 伯禹

图像风格迁移

如果你是一位摄影爱好者,也许接触过滤镜。它能改变照片的颜色样式,从而使风景照更加锐利或者令人像更加美白。但一个滤镜通常只能改变照片的某个方面。如果要照片达到理想中的样式,经常需要尝试大量不同的组合,其复杂程度不亚于模型调参。

在本节中,我们将介绍如何使用卷积神经网络自动将某图像中的样式应用在另一图像之上,即样式迁移(style transfer)[1]。这里我们需要两张输入图像,一张是内容图像,另一张是样式图像,我们将使用神经网络修改内容图像使其在样式上接近样式图像。图9.12中的内容图像为本书作者在西雅图郊区的雷尼尔山国家公园(Mount Rainier National Park)拍摄的风景照,而样式图像则是一副主题为秋天橡树的油画。最终输出的合成图像在保留了内容图像中物体主体形状的情况下应用了样式图像的油画笔触,同时也让整体颜色更加鲜艳。
小结7:目标检测基础、图像风格迁移、图像分类案例1_第5张图片

  • 小结

1.样式迁移常用的损失函数由3部分组成:内容损失使合成图像与内容图像在内容特征上接近,样式损失令合成图像与样式图像在样式特征上接近,而总变差损失则有助于减少合成图像中的噪点。
2.可以通过预训练的卷积神经网络来抽取图像的特征,并通过最小化损失函数来不断更新合成图像。
3.用格拉姆矩阵表达样式层输出的样式。
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图像分类案例1

图像增强

data_transform = transforms.Compose([
    transforms.Resize(40),
    transforms.RandomHorizontalFlip(),
    transforms.RandomCrop(32),
    transforms.ToTensor()
])
trainset = torchvision.datasets.ImageFolder(root='/home/kesci/input/CIFAR102891/cifar-10/train' , transform=data_transform)

包括改变大小,归一化,水平翻转,随机裁剪等
定义模型:

ResNet-18网络结构:ResNet全名Residual Network残差网络。Kaiming He 的《Deep Residual Learning for Image Recognition》获得了CVPR最佳论文。他提出的深度残差网络在2015年可以说是洗刷了图像方面的各大比赛,以绝对优势取得了多个比赛的冠军。而且它在保证网络精度的前提下,将网络的深度达到了152层,后来又进一步加到1000的深度.
小结7:目标检测基础、图像风格迁移、图像分类案例1_第7张图片

class ResidualBlock(nn.Module):   # 我们定义网络时一般是继承的torch.nn.Module创建新的子类

    def __init__(self, inchannel, outchannel, stride=1):
        super(ResidualBlock, self).__init__()
        #torch.nn.Sequential是一个Sequential容器,模块将按照构造函数中传递的顺序添加到模块中。
        self.left = nn.Sequential(
            nn.Conv2d(inchannel, outchannel, kernel_size=3, stride=stride, padding=1, bias=False), 
            # 添加第一个卷积层,调用了nn里面的Conv2d()
            nn.BatchNorm2d(outchannel), # 进行数据的归一化处理
            nn.ReLU(inplace=True), # 修正线性单元,是一种人工神经网络中常用的激活函数
            nn.Conv2d(outchannel, outchannel, kernel_size=3, stride=1, padding=1, bias=False),
            nn.BatchNorm2d(outchannel)
        )
        self.shortcut = nn.Sequential() 
        if stride != 1 or inchannel != outchannel:
            self.shortcut = nn.Sequential(
                nn.Conv2d(inchannel, outchannel, kernel_size=1, stride=stride, bias=False),
                nn.BatchNorm2d(outchannel)
            )
        #  便于之后的联合,要判断Y = self.left(X)的形状是否与X相同

    def forward(self, x): # 将两个模块的特征进行结合,并使用ReLU激活函数得到最终的特征。
        out = self.left(x)
        out += self.shortcut(x)
        out = F.relu(out)
        return out

class ResNet(nn.Module):
    def __init__(self, ResidualBlock, num_classes=10):
        super(ResNet, self).__init__()
        self.inchannel = 64
        self.conv1 = nn.Sequential( # 用3个3x3的卷积核代替7x7的卷积核,减少模型参数
            nn.Conv2d(3, 64, kernel_size=3, stride=1, padding=1, bias=False),
            nn.BatchNorm2d(64),
            nn.ReLU(),
        ) 
        self.layer1 = self.make_layer(ResidualBlock, 64,  2, stride=1)
        self.layer2 = self.make_layer(ResidualBlock, 128, 2, stride=2)
        self.layer3 = self.make_layer(ResidualBlock, 256, 2, stride=2)
        self.layer4 = self.make_layer(ResidualBlock, 512, 2, stride=2)
        self.fc = nn.Linear(512, num_classes)

    def make_layer(self, block, channels, num_blocks, stride):
        strides = [stride] + [1] * (num_blocks - 1)   #第一个ResidualBlock的步幅由make_layer的函数参数stride指定
        # ,后续的num_blocks-1个ResidualBlock步幅是1
        layers = []
        for stride in strides:
            layers.append(block(self.inchannel, channels, stride))
            self.inchannel = channels
        return nn.Sequential(*layers)

    def forward(self, x):
        out = self.conv1(x)
        out = self.layer1(out)
        out = self.layer2(out)
        out = self.layer3(out)
        out = self.layer4(out)
        out = F.avg_pool2d(out, 4)
        out = out.view(out.size(0), -1)
        out = self.fc(out)
        return out


def ResNet18():
    return ResNet(ResidualBlock)\

训练测试

# 定义是否使用GPU
device = torch.device("cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu")

# 超参数设置
EPOCH = 20   #遍历数据集次数
pre_epoch = 0  # 定义已经遍历数据集的次数
LR = 0.1        #学习率

# 模型定义-ResNet
net = ResNet18().to(device)

# 定义损失函数和优化方式
criterion = nn.CrossEntropyLoss()  #损失函数为交叉熵,多用于多分类问题
optimizer = optim.SGD(net.parameters(), lr=LR, momentum=0.9, weight_decay=5e-4) 
#优化方式为mini-batch momentum-SGD,并采用L2正则化(权重衰减)

# 训练
if __name__ == "__main__":
   print("Start Training, Resnet-18!")
   num_iters = 0
   for epoch in range(pre_epoch, EPOCH):
       print('\nEpoch: %d' % (epoch + 1))
       net.train()
       sum_loss = 0.0
       correct = 0.0
       total = 0
       for i, data in enumerate(trainloader, 0): 
           #用于将一个可遍历的数据对象(如列表、元组或字符串)组合为一个索引序列,同时列出数据和数据下标,
           #下标起始位置为0,返回 enumerate(枚举) 对象。
           
           num_iters += 1
           inputs, labels = data
           inputs, labels = inputs.to(device), labels.to(device)
           optimizer.zero_grad()  # 清空梯度

           # forward + backward
           outputs = net(inputs)
           loss = criterion(outputs, labels)
           loss.backward()
           optimizer.step()

           sum_loss += loss.item() * labels.size(0)
           _, predicted = torch.max(outputs, 1) #选出每一列中最大的值作为预测结果
           total += labels.size(0)
           correct += (predicted == labels).sum().item()
           # 每20个batch打印一次loss和准确率
           if (i + 1) % 20 == 0:
               print('[epoch:%d, iter:%d] Loss: %.03f | Acc: %.3f%% '
                       % (epoch + 1, num_iters, sum_loss / (i + 1), 100. * correct / total))

   print("Training Finished, TotalEPOCH=%d" % EPOCH)```
   

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