Tensorflow-Inception-图像识别案例-整理翻译
人类大脑可以轻而易举的识别图像中的狮子和豹子，识别各种符号和文字，识别人脸，等等，但这些对于计算机来说就很难。因为我们的大脑尤其擅长图像识别。
题外，其实也并非完全如此，对于陌生的内容，我们并不能做的太好，比如你可能看过太多的日文字幕，但再看到屏幕上的日文符号的时候，你还记得它是否在《名侦探柯南》中出现过吗？同样，我们对于华人明星的脸几乎从不会搞混谁是谁，但对于欧美明不太知名的明星恐怕就经常分不清哪个是哪个。人类也经常被各种视觉错觉所欺骗，比如经常去看的3D电影，一块幕布竟然被我们看出了立体感，不觉得奇怪吗？这里面一定隐藏着什么一些未被重视的算法。
在过去的几年，计算机科学家在图像识别上取得了重大突破，尤其是CNN卷积神经网络的使用，计算机已经能够解决很多有难度的图像识别任务，甚至某些领域比人做的还好。
计算机视觉算法已经攻克了学院派的ImageNet测试标准，成功的模型不断进步： QuocNet, AlexNet, Inception (GoogLeNet), BN-Inception-v2，Google谷歌内部和外部的科学家正在探讨下一代图像识别模型，Inception-v3。
Inception-v3是基于2012年以来ImageNet图片挑战赛数据训练得到的，这个挑战赛是计算机视觉的标杆性的比赛，需要识别1000种分类，比如斑马、斑点狗和洗碗机等，比如下面是AlexNet模型识别的一些分类：
螨虫，货船，踏板摩托，美洲豹；粉色条表示了最大可能的分类，都获得了正确的结果
为了对比模型，我们检查模型预测失败率最高的5个预测，AlexNet在2012年top5错误率是15.3%,Inception是6.67%，Inception-v2是4.9，Inception-v3是3.46%。而人类的top-5错误率是5.1%。
本篇教程将介绍如何使用Inception-v3识别1000种分类，也会介绍如何从这个模型种提取更高特征，以便于用其他识别任务。
准备工作
首先从百度云盘下载相关文件(密码:fxrs)
其中包含了saved_model和imgs两个文件夹
- saved_model，这里是谷歌Inception项目基于众多图片训练好的模型，以及分类名称对照表数据(label_map_proto.pbtxt，nameid2name.txt)。这里是已保存的模型，而不是checkpoint文件。
- imgs,只是一张将被识别的熊猫图片。
这次我将tensorflow升级到了1.7，推荐通过下面命令行升级
pip3 install --upgrade pip
pip3 install --upgrade tensorflow
代码结构
import os
import re #regular expressions正则表达式操作模块
import numpy as np
import tensorflow as tf
#准备目录
dir_path = os.path.dirname(os.path.realpath(__file__))
model_dir=os.path.join(dir_path,'saved_model')
image_path=os.path.join(dir_path, 'imgs/panda.jpg')
proto_path=os.path.join(dir_path, 'saved_model/label_map_proto.pbtxt')
name_path=os.path.join(dir_path, 'saved_model/nameid2name.txt')
model_path=os.path.join(model_dir, 'classify_image_graph_def.pb')
#我们的主要代码将添加在这里
#入口函数
def main(_):
#在这里运行测试
#模块或应用
if __name__ == '__main__':
tf.app.run()
加载分类名称对照表函数
首先看一下两个文件的内容：
分类类别编号（target_class即nodeid）和名称编号（ target_class_string即nameid）的对应关系label_map_proto.pbtxt:
# -*- protobuffer -*-
# LabelMap from ImageNet 2012 full data set UID to int32 target class.
entry {
target_class: 449
target_class_string: "n01440764"
}
entry {
target_class: 450
target_class_string: "n01443537"
}
名称编号（n开头）和名称的对应关系nameid2name.txt:
n00004475 organism, being
n00005787 benthos
n00006024 heterotroph
n00006484 cell
n00007846 person, individual, someone, somebody, mortal, soul
我们向代码添加获取分类的函数get_class,并喂它创建两个方法：
- load，用来读取两个文件，逐行读取，然后拆分，重组成为两个字典{nodeid:nameid}和{nameid:name}，再把两个字典合并成为{nodeid:name}
-
get_name_by_nodeid,根据上面的字典，通过nodeid获取name。
并在init里面自动使用load()方法读取。
在main里面运行并测试,增加和修改的部分代码如下:
#用来把分类节点nodeid转为物体名称字符串的函数
class get_class():
def __init__(self):
self.class_list=self.load() #载入，生成{nodeid:name}字典
#从文本载入名称id映射数据
def load(self):
#读取nameid和name的对应关系
nameid2name = {} #字典{nid:name}
lines1 = tf.gfile.GFile(name_path).readlines()
p = re.compile(r'[n\d]*[ \S,]*') #定义正则匹配方式
for line in lines1:
#findall将n00004475 organism, being分解成['n00004475','organism, being']
parsed_items = p.findall(line)
nid = parsed_items[0]
name = parsed_items[2]
nameid2name[nid] = name
#读取nodeid和nameid的对应关系
nodeid2nameid = {}
lines2 = tf.gfile.GFile(proto_path).readlines()
for line in lines2:
#参考数据格式entry {
# target_class: 449
# target_class_string: "n01440764"
#}
if line.startswith(' target_class:'):
target_class = int(line.split(': ')[1])
if line.startswith(' target_class_string:'):
target_class_string = line.split(': ')[1]
nodeid2nameid[target_class] = target_class_string[1:-2]
#合并成nodeid和name的对应关系
nodeid2name = {}
for key, val in nodeid2nameid.items():
if val not in nameid2name:
tf.logging.fatal('对应失败: %s', val)
name = nameid2name[val]
nodeid2name[key] = name
print(nodeid2name) #这里打印结果！
return nodeid2name
#根据nodeid获取分类名
def get_name_by_nodeid(self, nodeid):
if nodeid not in self.class_list:
return ''
return self.class_list[nodeid]
#入口函数
def main(_):
getclass = get_class()
运行将会打印出结果,编号对应了名称。
{449: 'tench, Tinca tinca', 450: 'goldfish, Carassius auratus', 442: 'great white shark, white shark, man-eater, man-eating shark, Carcharodon carcharias', 443: 'tiger shark,...
这个操作其实没什么意义，但是如果没有这个450到'goldfish, Carassius auratus'（金鱼）的转换，那么稍后预测出我们的图片是565，我们也没法知道这是什么鬼。
读取已保存的模型
我们使用tf.gfile来读取保存的pd文件model_path=os.path.join(model_dir, 'classify_image_graph_def.pb'),把内容恢复到tf.GraphDeftensorflow的计算图中。
下面是增加和修改部分的代码，运行后没有输出结果。
#从保存的模型读取graph
def create_graph():
with tf.gfile.FastGFile(model_path, 'rb') as f:
graph_def = tf.GraphDef()
graph_def.ParseFromString(f.read())
_ = tf.import_graph_def(graph_def, name='')
#入口函数
def main(_):
create_graph()
对图片进行预测的函数
签名create_graph载入已保存模型创建了图，我们只要从graph中找出最终输出的张量softmax，然后利用feed_dict重新喂食我们的图片，就能run出预测结果。
当然别忘了用我们辛苦编写的get_class来把预测的nodeid改为可以读懂的名称再打印出来。
增加和修改部分的代码如下：
#执行预测
def predict_image():
image_data = tf.gfile.FastGFile(image_path, 'rb').read() #读取图片
create_graph() #创建计算图
with tf.Session() as sess:
softmax_tensor = sess.graph.get_tensor_by_name('softmax:0') #从计算图中提取张量
predictions = sess.run(softmax_tensor,{'DecodeJpeg/contents:0': image_data}) #输入feed_dict进行运算
predictions = np.squeeze(predictions) #去掉冗余的1维形状，比如把张量形状从(1,3,1)变为(3)
#输出打印
getclass = get_class()
top5 = predictions.argsort()[-5:][::-1]
print('\n预测结果是：')
for node_id in top5:
name_string = getclass.get_name_by_nodeid(node_id)
score = predictions[node_id]
print('%s (score = %.5f)' % (name_string, score))
#入口函数
def main(_):
predict_image()
这次运行就能预测大熊猫(giant panda)了！输出类似下面的结果,0.89107表示这个图片有89.107%的可能是大熊猫：
预测结果是：
giant panda, panda, panda bear, coon bear, Ailuropoda (score = 0.89107)
indri, indris, Indri indri, Indri brevicaudatus (score = 0.00779)
lesser panda, red panda, panda, bear cat, cat bear, Ailurus fulgens (score = 0.00296)
custard apple (score = 0.00147)
earthstar (score = 0.00117)
结语
使用谷歌Inception项目训练好的模型来预测图片，其实关键代码很简单，就是载入模型，重新生成计算图，进行预测。但大篇幅的代码都是get_class来转换文字的。
下面是全部代码：
import os
import re #regular expressions正则表达式操作模块
import numpy as np
import tensorflow as tf
#准备目录
dir_path = os.path.dirname(os.path.realpath(__file__))
model_dir=os.path.join(dir_path,'saved_model')
image_path=os.path.join(dir_path, 'imgs/panda.jpg')
proto_path=os.path.join(dir_path, 'saved_model/label_map_proto.pbtxt')
name_path=os.path.join(dir_path, 'saved_model/nameid2name.txt')
model_path=os.path.join(model_dir, 'classify_image_graph_def.pb')
#用来把分类节点nodeid转为物体名称字符串的函数
class get_class():
def __init__(self):
self.class_list=self.load() #载入，生成{nodeid:name}字典
#从文本载入名称id映射数据
def load(self):
#读取nameid和name的对应关系
nameid2name = {} #字典{nid:name}
lines1 = tf.gfile.GFile(name_path).readlines()
p = re.compile(r'[n\d]*[ \S,]*') #定义正则匹配方式
for line in lines1:
#findall将n00004475 organism, being分解成['n00004475','organism, being']
parsed_items = p.findall(line)
nid = parsed_items[0]
name = parsed_items[2]
nameid2name[nid] = name
#读取nodeid和nameid的对应关系
nodeid2nameid = {}
lines2 = tf.gfile.GFile(proto_path).readlines()
for line in lines2:
#参考数据格式entry {
# target_class: 449
# target_class_string: "n01440764"
#}
if line.startswith(' target_class:'):
target_class = int(line.split(': ')[1])
if line.startswith(' target_class_string:'):
target_class_string = line.split(': ')[1]
nodeid2nameid[target_class] = target_class_string[1:-2]
#合并成nodeid和name的对应关系
nodeid2name = {}
for key, val in nodeid2nameid.items():
if val not in nameid2name:
tf.logging.fatal('对应失败: %s', val)
name = nameid2name[val]
nodeid2name[key] = name
return nodeid2name
#根据nodeid获取分类名
def get_name_by_nodeid(self, nodeid):
if nodeid not in self.class_list:
return ''
return self.class_list[nodeid]
#从保存的模型读取graph
def create_graph():
with tf.gfile.FastGFile(model_path, 'rb') as f:
graph_def = tf.GraphDef()
graph_def.ParseFromString(f.read())
_ = tf.import_graph_def(graph_def, name='')
#执行预测
def predict_image():
image_data = tf.gfile.FastGFile(image_path, 'rb').read() #读取图片
create_graph() #创建计算图
with tf.Session() as sess:
softmax_tensor = sess.graph.get_tensor_by_name('softmax:0') #从计算图中提取张量
predictions = sess.run(softmax_tensor,{'DecodeJpeg/contents:0': image_data}) #输入feed_dict进行运算
predictions = np.squeeze(predictions) #去掉冗余的1维形状，比如把张量形状从(1,3,1)变为(3)
#输出打印
getclass = get_class()
top5 = predictions.argsort()[-5:][::-1]
print('\n预测结果是：')
for node_id in top5:
name_string = getclass.get_name_by_nodeid(node_id)
score = predictions[node_id]
print('%s (score = %.5f)' % (name_string, score))
#入口函数
def main(_):
predict_image()
#模块或应用
if __name__ == '__main__':
tf.app.run()
探索人工智能的新边界
如果您发现文章错误，请不吝留言指正；
如果您觉得有用，请点喜欢；
如果您觉得很有用，感谢转发~
END
