python之tensorflow手把手实例讲解斑马线识别实现

目前智慧城市的发展,人们生活处处有科技,比如人脸识别,智慧交通,无人驾驶等前沿的科技产品也都融入了人们生活中;本篇文章带你从头开始实现斑马线识别

一,斑马线的数据集

数据集的构成:

testtrain
zebra corssing:56zebra corssing:168
other:54other:164

二,代码部分

1.导包

 import tensorflow as tf from tensorflow.keras.preprocessing.image import ImageDataGenerator import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt import keras 

2.数据导入

 train_dir=r'C:\Users\zx\深度学习\Zebra\train' test_dir=r'C:\Users\zx\深度学习\Zebra\test' train_datagen = ImageDataGenerator(rescale=1/255, rotation_range=10,  #旋转 horizontal_flip=True) train_generator = train_datagen.flow_from_directory(train_dir, (50,50), batch_size=1, class_mode='binary', shuffle=False) test_datagen = ImageDataGenerator(rescale=1/255) test_generator = test_datagen.flow_from_directory(test_dir, (50,50), batch_size=1, class_mode='binary', shuffle=False)

3.搭建模型

模型的建立仁者见智,可自己调节寻找更好的模型。

 model = tf.keras.models.Sequential([ # 第一层卷积,卷积核为,共16个,输入为150*150*1 tf.keras.layers.Conv2D(16,(3,3),activation='relu',padding='same',input_shape=(50,50,3)), tf.keras.layers.MaxPooling2D((2,2)), # 第二层卷积,卷积核为3*3,共32个, tf.keras.layers.Conv2D(32,(3,3),activation='relu'), tf.keras.layers.MaxPooling2D((2,2)), # 第三层卷积,卷积核为3*3,共64个, tf.keras.layers.Conv2D(64,(3,3),activation='relu'), tf.keras.layers.MaxPooling2D((2,2)), # 第四层卷积,卷积核为3*3,共128个 #     tf.keras.layers.Conv2D(128,(3,3),activation='relu'), #     tf.keras.layers.MaxPooling2D((2,2)), # 数据铺平 tf.keras.layers.Flatten(), tf.keras.layers.Dense(32,activation='relu'), tf.keras.layers.Dense(16,activation='relu'), tf.keras.layers.Dense(2,activation='softmax') ]) print(model.summary()) model.compile(optimize='adam', loss=tf.keras.losses.sparse_categorical_crossentropy, metrics=['acc']) 

4,模型训练

 history = model.fit(train_generator, epochs=20, verbose=1) model.save('./Zebra.h5') 

模型训练过程:

在这里插入图片描述

可以看到我们的模型在20轮的训练后acc从0.63上升到了0.96左右。

5,模型评估

 model.evaluate(test_generator) 

在这里插入图片描述

 #可视化 plt.plot(history.history['acc'], label='accuracy') plt.xlabel('Epoch') plt.ylabel('Accuracy') plt.ylim([0.7, 1]) plt.legend(loc='lower right') plt.title('acc') plt.show() 

在这里插入图片描述

6,模型预测

虽然我们的模型在训练过程中acc一度达到0.96,但测试集才是检验模型的唯一标准,在model.evaluate(test_generator)中的评分只有0.91左右,说明我们的模型已经能以很高的正确率来完成”斑马线“与“非斑马线”的二分类问题了,但我们还是要查看具体是哪些数据没有被模型正确得识别。

 pred=model.predict(test_generator) #获取test集的输出 filenames = test_generator.filenames  #获取test数据的文件名 

错误输出过程:

  • 1,循环测试集长度,通过if语句先判断others还是zebra,再通过one-hot编码判断是否预测正确。
  • 2,根据labels可知others': 0, 'zebra crossing': 1,以此来判断是否预测正确。
  • 3,对 filenames[0]='others\\103.png-600',进行切片处理。
  • 4,找到others的‘s'或 zebra crossing的‘g',使用find()在基础上+2为正切片的起点(样本编号前有'\'符号,故+2才能正确取出编号)。
  • 5,如 :将filenames[i]的值赋给a,a[int(a.find('s')+2):]则表示为 'xx.png-600'。
  • 6,将取出的样本编号与路径拼接,读取后作图。
  • 7,break跳出循环。
 for i in range(len(filenames)): if filenames[i][:6]=='others': if np.argmax(pred[i]) != 0: a=filenames[i] plt.figure() print('预测错误的图片:'+a[int(a.find('s')+2):]) print('错误识别为"zebra crossing",正确类型是"others"') print('预测标签为:'+str(np.argmax(pred[i]))+',真实标签为:0') img = plt.imread('Zebra/test/others/'+a[int(a.find('s')+2):]) plt.imshow(img) plt.title(a[int(a.find('s')+2):]) plt.grid(False) break if filenames[i][:6]=='zebra ': if np.argmax(pred[i]) != 1: b= filenames[i] plt.figure() print('预测错误的图片:'+b[int(b.find('g')+2):]) print('错误识别为"others",正确类型是"zebra crossing"') print('预测标签为:'+str(np.argmax(pred[i]))+',真实标签为:1') img = plt.imread('Zebra/test/zebra crossing/'+b[int(b.find('g')+2):]) plt.imshow(img) plt.title(b[int(b.find('g')+2):]) plt.grid(False) break 

在这里插入图片描述

看到这个错误样本,我猜想可能是因为斑马线的部分只占了图像的一半左右,所以预测错误了。

这里是我做预测判断的思路,本可以不这么复杂的可以用test_generator.labels来获取数据的标签,再做判断。

 test_generator.labels 

在这里插入图片描述

上面只输出了第一个错误的样本,所以接下来我们要看所有错误预测的样本

 sum=0 for i in range(len(filenames)): if filenames[i][:6]=='others': if np.argmax(pred[i]) != 0: a=filenames[i] print('预测错误的图片:'+a[int(a.find('s')+2):]+',错误识别为"zebra crossing",正确类型是"others"') sum=sum+1 if filenames[i][:6]=='zebra ': if np.argmax(pred[i]) != 1: b= filenames[i] print('预测错误的图片:'+b[int(b.find('g')+2):]+',错误识别为"others",正确类型是"zebra crossing"') sum=sum+1 print('错误率:'+str(sum/100)+'%') print('正确率:'+str((10000-sum)/100)+'%') 

在这里插入图片描述

三,分析

在构建模型时我尝试在最后一层只用一个神经元,用sigmoid激活函数,其他参数不变,在同样epochs=20的条件,也能很快收敛,达到很高的acc,测试集的评分也能在0.9左右,但是在最后输出全部错误样本的时候发现错误的样本远超过softmax,可能其中有些参数我没有根据sigmoid来调整,所以会有如此高的错误率,欢迎在评论区讨论。

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