IT评测·应用市场-qidao123.com技术社区

标题: Densenet模型花卉图像分类 [打印本页]

作者: 大连密封材料    时间: 2024-9-25 17:34
标题: Densenet模型花卉图像分类
1. 项目简介

本项目的目标是利用深度学习技术对花卉图像举行分类,应用场景包罗植物识别、园艺分类和天然景观保护等领域。该项目选择了Densenet模型作为主干网络,Densenet是一种麋集毗连卷积神经网络,它的设计理念是在每一层与背面的全部层都建立直接毗连,从而避免梯度消散标题,并加强了特征传播。通过这些特性,Densenet能够在不明显增长参数数量的前提下,得到较好的分类效果。本项目的数据集包罗多种类的花卉图像,通过对这些图像的训练,模型能够学习并区分差别的花卉种类。在训练过程中,我们利用迁移学习方法,通过预训练的Densenet模型加快收敛并提拔准确率。项目不仅支持在本地环境举行训练,还能通过推理阶段对未知花卉图像举行实时分类预测,具备良好的实际应用远景和扩展性。
2.技术创新点择要

通过对项目代码的阅读和分析,以下是DenseNet花卉分类项目中的技术创新点:
通过这些创新点,本项目在花卉图像分类使命中有用平衡了模型复杂度、盘算效率和分类准确性,显现了DenseNet模型在小样本数据集上的应用潜力。
3. 数据集与预处理

本项目使用了CIFAR-10数据集举行花卉分类使命。CIFAR-10是一个广泛用于图像分类的标准数据集,包罗10类差别物体的32x32像素彩色图像,每类6000张,共计60000张图像。固然CIFAR-10并非专门为花卉图像设计,但其多样性和挑战性非常适合用于验证深度学习模型的泛化能力。
数据集特点:CIFAR-10的数据集包罗10个差别类别,每个类别的图像均为小尺寸,这使得模型必要在有限的像素信息中提取有用的特征举行分类。该数据集的多样性也为模型提供了在差别视觉场景下的训练机会。
数据预处理流程

4. 模型架构

模型布局逻辑: 本项目使用的DenseNet模型由多个麋集块(Dense Block)和过渡层(Transition Layer)组成,每个麋集块内的层与层之间通过麋集毗连(dense connections)相互毗连。DenseNet的核心创新在于每一层的输入是前面全部层的输出的拼接(concatenation),通过这种毗连方式,信息流动得以加强,同时也提拔了特征的重用。
Dense Layer:在麋集层中,每一层的输出定义为:
                                         x                            l                            =                            H                            l                            (                            [                            x                            0                            ,                            x                            1                            ,                            …                            ,                            x                            l                            −                            1                            ]                            )                                       x                               l                                      =                                       H                               l                                      (                            [                                       x                               0                                      ,                                       x                               1                                      ,                            …                            ,                                       x                                           l                                  −                                  1                                                 ]                            )                            x                            l                            =                            H                            l                            (                            [                            x                            0                            ,                            x                            1                            ,                            …                            ,                            x                            l                            −                            1                            ]                            )                                  xl=Hl([x0,x1,…,xl−1])x_{l} = H_{l}([x_0, x_1, \dots, x_{l-1}])xl=Hl([x0,x1,…,xl−1])                     xl=Hl([x0,x1,…,xl−1])xl​=Hl​([x0​,x1​,…,xl−1​])xl=Hl([x0,x1,…,xl−1])
其中,xl是第lll层的输出,Hl是通过Batch Normalization(BN)、ReLU激活函数和卷积操作定义的非线性变更,[x0,x1,…,xl−1]表现来自前面全部层的拼接结果。Dense Layer的两个重要部分:
1x1卷积,用于低落维度并镌汰盘算复杂度。
3x3卷积,用于提取特征。
Transition Layer:在每个Dense Block之间,会有过渡层(Transition Layer),其目的是通过1x1卷积和2x2平均池化(Average Pooling)镌汰特征图的数量和尺寸。假设输入的维度为Fin,过渡层的输出为:
                                                    x                                           t                                  r                                  a                                  n                                  s                                  i                                  t                                  i                                  o                                  n                                                 =                            AvgPool                            (                            Conv1x1                            (                            x                            )                            )                                  x_{transition} = \text{AvgPool}(\text{Conv1x1}(x))                     xtransition​=AvgPool(Conv1x1(x))
过渡层不仅能控制网络复杂度,还能避免模型过拟合。
团体架构:DenseNet的团体布局是由多个Dense Block堆叠而成,每个Dense Block之间通过Transition Layer毗连。在末了一层,通过全局平均池化(Global Average Pooling)来将高维的特征图压缩成固定大小的向量,接着毗连一个全毗连层(Fully Connected Layer)用于分类。
模型的团体训练流程: 模型的训练分为以下几个步骤:
前向传播:输入图像经过多层卷积层、麋集毗连层和过渡层后,提取出高维特征,最终通过全局平均池化层和全毗连层输出类别预测。
丧失盘算:使用交叉熵丧失函数(Cross-Entropy Loss)来度量模型输出与真实标签之间的误差:
                                         L                            =                            −                                       1                               N                                                 ∑                                           i                                  =                                  1                                          N                                                 ∑                                           j                                  =                                  1                                          C                                                 y                                           i                                  j                                                 log                            ⁡                            (                                                   y                                  ^                                                      i                                  j                                                 )                                  L = - \frac{1}{N} \sum_{i=1}^{N} \sum_{j=1}^{C} y_{ij} \log(\hat{y}_{ij})                     L=−N1​i=1∑N​j=1∑C​yij​log(y^​ij​)
其中,N为样本数量,C为类别数,yij为第iii个样本的真实标签,y^ij为模型的预测概率。
反向传播与优化:通过反向传播盘算梯度,更新模型参数。优化器选择了Adam,能够自适应调整学习率,加快收敛。学习率的动态调整确保了训练过程中更为稳定的参数更新。
评估指标:模型的评估指标重要是分类准确率(Accuracy),通过在验证集上的表现来监控模型的泛化能力。分类准确率定义为:
                                         Accuracy                            =                                       精确分类的样本数                               总样本数                                            \text{Accuracy} = \frac{\text{精确分类的样本数}}{\text{总样本数}}                     Accuracy=总样本数精确分类的样本数​
另外,还使用了混淆矩阵(Confusion Matrix)来评估每个类别的分类效果。
5. 核心代码具体解说

1. 数据预处理

  1. BATCH_SIZE = 256  # Batch的大小
  2. NUM_CLASSES = 10  # 分类的样本数量
复制代码

  1. transform = transforms.Compose([
  2.     transforms.RandomCrop(32),
  3.     transforms.RandomHorizontalFlip(),
  4.     transforms.ToTensor(),
  5.     transforms.Normalize((0.5, 0.5, 0.5), (0.5, 0.5, 0.5)),
  6. ])
复制代码

  1. trainset = torchvision.datasets.CIFAR10(root='/home/mw/input/CIFAR109603', train=True, download=False, transform=transform)
  2. trainloader = torch.utils.data.DataLoader(trainset, batch_size=BATCH_SIZE, shuffle=True)
复制代码

  1. testset = torchvision.datasets.CIFAR10(root='/home/mw/input/CIFAR109603', train=False, download=False, transform=transform)
  2. testloader = torch.utils.data.DataLoader(testset, batch_size=BATCH_SIZE, shuffle=False)
复制代码

2. DenseNet的实现

  1. class _DenseLayer(nn.Module):def init(self, in_channels, growth_rate, bn_size=4, drop_rate=0.0):super(_DenseLayer, self).
  2. __init__
  3. ()
  4.         self.layer1 = nn.Sequential(
  5.             nn.BatchNorm2d(in_channels),
  6.             nn.ReLU(inplace=True),
  7.             nn.Conv2d(in_channels, bn_size * growth_rate, kernel_size=1, stride=1, bias=False),
  8.         )
  9.         self.layer2 = nn.Sequential(
  10.             nn.BatchNorm2d(bn_size * growth_rate),
  11.             nn.ReLU(inplace=True),
  12.             nn.Conv2d(bn_size * growth_rate, growth_rate, kernel_size=3, stride=1, padding=1, bias=False)
  13.         )
  14.         self.drop_rate = float(drop_rate)
复制代码

  1. class _Transition(nn.Module):def init(self, in_channels, out_channels):super(_Transition, self).
  2. __init__
  3. ()
  4.         self.trans = nn.Sequential(
  5.             nn.BatchNorm2d(in_channels),
  6.             nn.ReLU(inplace=True),
  7.             nn.Conv2d(in_channels, out_channels, kernel_size=1, stride=1, bias=False),
  8.             nn.AvgPool2d(2)
  9.         )
复制代码

3. 模型训练与评估

  1. criterion = nn.CrossEntropyLoss()
  2. optimizer = optim.Adam(model.parameters(), lr=0.001)
复制代码

  1. for epoch in range(10):
  2.     running_loss = 0.0for i, data in enumerate(trainloader, 0):
  3.         inputs, labels = data
  4.         optimizer.zero_grad()
  5.         outputs = model(inputs)
  6.         loss = criterion(outputs, labels)
  7.         loss.backward()
  8.         optimizer.step()
  9.         running_loss += loss.item()print(f"Epoch {epoch + 1}, Loss: {running_loss / len(trainloader)}")
复制代码

  1. correct = 0
  2. total = 0with torch.no_grad():for data in testloader:
  3.         images, labels = data
  4.         outputs = model(images)
  5.         _, predicted = torch.max(outputs.data, 1)
  6.         total += labels.size(0)
  7.         correct += (predicted == labels).sum().item()
  8. print(f'Accuracy: {100 * correct / total}%')
复制代码

6. 模型优缺点评价

优点
缺点
可能的改进方向
总之,DenseNet在小数据集上表现良好,但仍存在盘算复杂度高、内存占用大的缺点,可以通过布局和超参数的优化,以及更多数据加强技术来改进模型性能。
↓↓↓更多热门推荐:
AlexNet模型实现鸟类识别
DIN模型实现推荐算法
FiBiNET模型实现推荐算法
检察全部项目数据集、代码、教程进入官网https://zzgcz.com/

免责声明:如果侵犯了您的权益,请联系站长,我们会及时删除侵权内容,谢谢合作!更多信息从访问主页:qidao123.com:ToB企服之家,中国第一个企服评测及商务社交产业平台。




欢迎光临 IT评测·应用市场-qidao123.com技术社区 (https://dis.qidao123.com/) Powered by Discuz! X3.4