使用Keras训练自己的数据集——以图像多分类为例(基于卷积神经网络)

1.准备数据集:

本次以图像三分类为例,准备猫、狗、熊猫三种动物的图片数据(每种各1000张图片),依次存放在'./dataset/cats'、'./dataset/dogs'、'./dataset/pandas'文件夹中。

2.网络结构:

# 导入所需模块
from keras.models import Sequential
from keras.layers.normalization import BatchNormalization
from keras.layers.convolutional import Conv2D
from keras.layers.convolutional import MaxPooling2D
from keras.initializers import TruncatedNormal
from keras.layers.core import Activation
from keras.layers.core import Flatten
from keras.layers.core import Dropout
from keras.layers.core import Dense
from keras import backend as K

class SimpleVGGNet:
    @staticmethod
    def build(width, height, depth, classes):
        model = Sequential()
        inputShape = (height, width, depth)
        chanDim = -1

        if K.image_data_format() == "channels_first":
            inputShape = (depth, height, width)
            chanDim = 1

        # CONV => RELU => POOL
        model.add(Conv2D(32, (3, 3), padding="same",
            input_shape=inputShape,kernel_initializer=TruncatedNormal(mean=0.0, stddev=0.01)))
        model.add(Activation("relu"))
        model.add(BatchNormalization(axis=chanDim))
        model.add(MaxPooling2D(pool_size=(2, 2)))
        #model.add(Dropout(0.25))

        # (CONV => RELU) * 2 => POOL
        model.add(Conv2D(64, (3, 3), padding="same",kernel_initializer=TruncatedNormal(mean=0.0, stddev=0.01)))
        model.add(Activation("relu"))
        model.add(BatchNormalization(axis=chanDim))
        model.add(Conv2D(64, (3, 3), padding="same",kernel_initializer=TruncatedNormal(mean=0.0, stddev=0.01)))
        model.add(Activation("relu"))
        model.add(BatchNormalization(axis=chanDim))
        model.add(MaxPooling2D(pool_size=(2, 2)))
        #model.add(Dropout(0.25))

        # (CONV => RELU) * 3 => POOL
        model.add(Conv2D(128, (3, 3), padding="same",kernel_initializer=TruncatedNormal(mean=0.0, stddev=0.01)))
        model.add(Activation("relu"))
        model.add(BatchNormalization(axis=chanDim))
        model.add(Conv2D(128, (3, 3), padding="same",kernel_initializer=TruncatedNormal(mean=0.0, stddev=0.01)))
        model.add(Activation("relu"))
        model.add(BatchNormalization(axis=chanDim))
        model.add(Conv2D(128, (3, 3), padding="same",kernel_initializer=TruncatedNormal(mean=0.0, stddev=0.01)))
        model.add(Activation("relu"))
        model.add(BatchNormalization(axis=chanDim))
        model.add(MaxPooling2D(pool_size=(2, 2)))
        #model.add(Dropout(0.25))

        # FC层
        model.add(Flatten())
        model.add(Dense(512,kernel_initializer=TruncatedNormal(mean=0.0, stddev=0.01)))
        model.add(Activation("relu"))
        model.add(BatchNormalization())
        model.add(Dropout(0.6))

        # softmax 分类
        model.add(Dense(classes,kernel_initializer=TruncatedNormal(mean=0.0, stddev=0.01)))
        model.add(Activation("softmax"))

        return model

3.训练模型:

# 导入所需工具包
from CNN_net import SimpleVGGNet
from sklearn.preprocessing import LabelBinarizer
from sklearn.model_selection import train_test_split
from sklearn.metrics import classification_report
from keras.optimizers import SGD
from keras.preprocessing.image import ImageDataGenerator
import utils_paths
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
import argparse
import random
import pickle
import cv2
import os


# 读取数据和标签
print("------开始读取数据------")
data = []
labels = []

# 拿到图像数据路径,方便后续读取
imagePaths = sorted(list(utils_paths.list_images('./dataset')))
random.seed(42)
random.shuffle(imagePaths)

# 遍历读取数据
for imagePath in imagePaths:
    # 读取图像数据
    image = cv2.imread(imagePath)
    image = cv2.resize(image, (64, 64))
    data.append(image)
    # 读取标签
    label = imagePath.split(os.path.sep)[-2]
    labels.append(label)

# 对图像数据做scale操作
data = np.array(data, dtype="float") / 255.0
labels = np.array(labels)

# 数据集切分
(trainX, testX, trainY, testY) = train_test_split(data,labels, test_size=0.25, random_state=42)

# 转换标签为one-hot encoding格式
lb = LabelBinarizer()
trainY = lb.fit_transform(trainY)
testY = lb.transform(testY)

# 数据增强处理
aug = ImageDataGenerator(rotation_range=30, width_shift_range=0.1,
    height_shift_range=0.1, shear_range=0.2, zoom_range=0.2,
    horizontal_flip=True, fill_mode="nearest")

# 建立卷积神经网络
model = SimpleVGGNet.build(width=64, height=64, depth=3,classes=len(lb.classes_))

# 设置初始化超参数
INIT_LR = 0.01
EPOCHS = 30
BS = 32

# 损失函数,编译模型
print("------准备训练网络------")
opt = SGD(lr=INIT_LR, decay=INIT_LR / EPOCHS)
model.compile(loss="categorical_crossentropy", optimizer=opt,metrics=["accuracy"])

# 训练网络模型
H = model.fit_generator(aug.flow(trainX, trainY, batch_size=BS),
    validation_data=(testX, testY), steps_per_epoch=len(trainX) // BS,
    epochs=EPOCHS)
"""
H = model.fit(trainX, trainY, validation_data=(testX, testY),
    epochs=EPOCHS, batch_size=32)
"""


# 测试
print("------测试网络------")
predictions = model.predict(testX, batch_size=32)
print(classification_report(testY.argmax(axis=1),
    predictions.argmax(axis=1), target_names=lb.classes_))

# 绘制结果曲线
N = np.arange(0, EPOCHS)
plt.style.use("ggplot")
plt.figure()
plt.plot(N, H.history["loss"], label="train_loss")
plt.plot(N, H.history["val_loss"], label="val_loss")
plt.plot(N, H.history["accuracy"], label="train_acc")
plt.plot(N, H.history["val_accuracy"], label="val_acc")
plt.title("Training Loss and Accuracy")
plt.xlabel("Epoch #")
plt.ylabel("Loss/Accuracy")
plt.legend()
plt.savefig('./output/cnn_plot.png')

# 保存模型
print("------正在保存模型------")
model.save('./output/cnn.model')
f = open('./output/cnn_lb.pickle', "wb")
f.write(pickle.dumps(lb))
f.close()

运行得到如下文件数据:

4.加载模型进行预测:

# 导入所需工具包
from keras.models import load_model
import argparse
import pickle
import cv2


# 加载测试数据并进行相同预处理操作
image = cv2.imread('./cs_image/panda.jpg')
output = image.copy()
image = cv2.resize(image, (64, 64))

# scale图像数据
image = image.astype("float") / 255.0

# 对图像进行拉平操作
image = image.reshape((1, image.shape[0], image.shape[1],image.shape[2]))

# 读取模型和标签
print("------读取模型和标签------")
model = load_model('./output/cnn.model')
lb = pickle.loads(open('./output/cnn_lb.pickle', "rb").read())

# 预测
preds = model.predict(image)

# 得到预测结果以及其对应的标签
i = preds.argmax(axis=1)[0]
label = lb.classes_[i]

# 在图像中把结果画出来
text = "{}: {:.2f}%".format(label, preds[0][i] * 100)
cv2.putText(output, text, (10, 30), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.7,(0, 0, 255), 2)

# 绘图
cv2.imshow("Image", output)
cv2.waitKey(0)

最终得到预测结果:

5.附录:

utils_paths.py代码如下:

import os
 
 
image_types = (".jpg", ".jpeg", ".png", ".bmp", ".tif", ".tiff")
 
 
def list_images(basePath, contains=None):
    # 返回有效的图片路径数据集
    return list_files(basePath, validExts=image_types, contains=contains)
 
 
def list_files(basePath, validExts=None, contains=None):
    # 遍历图片数据目录,生成每张图片的路径
    for (rootDir, dirNames, filenames) in os.walk(basePath):
        # 循环遍历当前目录中的文件名
        for filename in filenames:
            # if the contains string is not none and the filename does not contain
            # the supplied string, then ignore the file
            if contains is not None and filename.find(contains) == -1:
                continue
 
            # 通过确定.的位置,从而确定当前文件的文件扩展名
            ext = filename[filename.rfind("."):].lower()
 
            # 检查文件是否为图像,是否应进行处理
            if validExts is None or ext.endswith(validExts):
                # 构造图像路径
                imagePath = os.path.join(rootDir, filename)
                yield imagePath
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 214,377评论 6 496
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 91,390评论 3 389
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 159,967评论 0 349
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 57,344评论 1 288
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 66,441评论 6 386
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 50,492评论 1 292
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 39,497评论 3 412
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 38,274评论 0 269
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 44,732评论 1 307
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 37,008评论 2 328
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 39,184评论 1 342
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 34,837评论 4 337
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 40,520评论 3 322
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 31,156评论 0 21
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 32,407评论 1 268
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 47,056评论 2 365
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 44,074评论 2 352

推荐阅读更多精彩内容