基于 Pytorch 的多类别图像分类实战

本篇基于 Pytorch 完成一个多类别图像分类实战。

1 简介

实现一个完整的图像分类任务，大致需要分为五个步骤：

1、选择开源框架

目前常用的深度学习框架主要包括 tensorflow、caffe、pytorch、mxnet 等；

2、构建并读取数据集

根据任务需求搜集相关图像搭建相应的数据集，常见的方式包括：网络爬虫、实地拍摄、公共数据使用等。随后根据所选开源框架读取数据集。

3、框架搭建

选择合适的网络模型、损失函数以及优化方式，以完成整体框架的搭建

4、训练并调试参数

通过训练选定合适超参数

5、测试准确率

在测试集上验证模型的最终性能

本文利用 Pytorch 框架，按照上述结构实现一个基本的图像分类任务，并详细阐述其中的细节及注意事项。

2 数据集

本次实战选择的数据集为 Kaggle 竞赛中的细胞数据集，共包含 9961 个训练样本，2491 个测试样本，可以分为嗜曙红细胞、淋巴细胞、单核细胞、中性白细胞 4 个类别，图片大小为 320x240。

Pytorch 中封装了相应的数据读取的类函数，通过调用 torch.utils.data.Datasets 函数，则可以实现读取功能。

init（）模块用来定义相关的参数， len （）模块用来获取训练样本个数， getitem （）模块则用来获取每张具体的图片，在读取图片时其可以通过 opencv 库、PIL 库等进行读取，具体代码如下：

数据集

class dataset(data.Dataset):

# 参数预定义

def init (self, anno_pd, transforms=None):

self.paths = anno_pd[‘ImageName’].tolist()

self.labels = anno_pd[‘label’].tolist()

self.transforms = transforms

# 返回图片个数

def len (self):

return len(self.paths)

# 获取每个图片

def getitem (self, item):

img_path =self.paths[item]

img_id =img_path.split("/")[-1]

img =cv2.imread(img_path)

img = cv2.cvtColor(img,cv2.COLOR_BGR2RGB)

if self.transforms is not None:

img = self.transforms(img)

label = self.labels[item]

return torch.from_numpy(img).float(), int(label)

此外，需要定义图像增强模块，即上述代码中的 transform，通常采取的操作为翻转、剪切等，关于图像增强的具体介绍可以参考公众号前作。

【技术综述】深度学习中的数据增强方法都有哪些？

需要特别强调的是对图像进行去均值处理，很多同学不明白为何要减去均值，其主要的原因是图像作为一种平稳的数据分布，通过减去数据对应维度的统计平均值，可以消除公共部分，以凸显个体之间的特征和差异。进行去均值前后操作后的图像对比如下：

3 框架搭建

本次实战主要选取了 VGG16、Resnet50、InceptionV4 三个经典网络，也是对前篇文章的一个总结。

损失函数则选择交叉熵损失函数： 【技术综述】一文道尽 softmax loss 及其变种

优化方式选择 SGD、Adam 优化两种： 【模型训练】SGD 的那些变种，真的比 SGD 强吗

4 训练及参数调试

初始学习率设置为 0.01，batch size 设置为 8，衰减率设置为 0.00001，迭代周期为 15，在不同框架组合下的最佳准确率和最低 loss 如下图所示：

可以发现在验证集上 Resnet-50+SGD+Cross Entropy 的组合下取得了 99% 左右的准确率，相反 VGG-16 结果则稍微差一些。

最佳组合下的准确率走势曲线如下图所示：

5 测试

对上述模型分别在测试集上进行测试，所获得的结果如下图所示，整体精度比训练集上约下降了一个百分点：

总结

以上就是整个多类别图像分类实战的过程，由于时间限制，本次实战并没有对多个数据集进行练，因此没有列出同一模型在不同数据集上的表现。

作者介绍

郭冰洋，公众号“有三 AI”作者。该公号聚焦于让大家能够系统性地完成 AI 各个领域所需的专业知识的学习。

原文链接

https://mp.weixin.qq.com/s/jPpZLYXQBX7l5AUfFV5n3g