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इमेज क्लासिफायरियर को फिर से प्रशिक्षित करना

TensorFlow.org पर देखें Google Colab में चलाएं गिटहब पर देखें नोटबुक डाउनलोड करें TF हब मॉडल देखें

परिचय

छवि वर्गीकरण मॉडल में लाखों पैरामीटर हैं। उन्हें खरोंच से प्रशिक्षित करने के लिए बहुत सारे लेबल वाले प्रशिक्षण डेटा और बहुत सारी कंप्यूटिंग शक्ति की आवश्यकता होती है। ट्रांसफर लर्निंग एक ऐसी तकनीक है जो एक मॉडल का एक टुकड़ा लेकर इसे शॉर्टकट करती है जिसे पहले से ही संबंधित कार्य पर प्रशिक्षित किया जा चुका है और इसे एक नए मॉडल में पुन: उपयोग कर रहा है।

यह कोलाब दर्शाता है कि कैसे बड़े और अधिक सामान्य इमेजनेट डेटासेट पर प्रशिक्षित छवि सुविधा निष्कर्षण के लिए TensorFlow हब से पूर्व-प्रशिक्षित TF2 सहेजे गए मॉडल का उपयोग करके फूलों की पांच प्रजातियों को वर्गीकृत करने के लिए एक केरस मॉडल का निर्माण किया जाए। वैकल्पिक रूप से, फीचर एक्सट्रैक्टर को नए जोड़े गए क्लासिफायरियर के साथ प्रशिक्षित ("फाइन-ट्यून") किया जा सकता है।

इसके बजाय एक उपकरण की तलाश है?

यह एक TensorFlow कोडिंग ट्यूटोरियल है। आप एक उपकरण है कि बस के लिए TensorFlow या TFLite मॉडल बनाता चाहते हैं, पर एक नज़र डालें make_image_classifier कमांड लाइन उपकरण है जो हो जाता है स्थापित PIP पैकेज द्वारा tensorflow-hub[make_image_classifier] , या कम से इस TFLite colab।

सेट अप

import itertools
import os

import matplotlib.pylab as plt
import numpy as np

import tensorflow as tf
import tensorflow_hub as hub

print("TF version:", tf.__version__)
print("Hub version:", hub.__version__)
print("GPU is", "available" if tf.config.list_physical_devices('GPU') else "NOT AVAILABLE")
TF version: 2.7.0
Hub version: 0.12.0
GPU is available

उपयोग करने के लिए TF2 सहेजे गए मॉडल मॉड्यूल का चयन करें

शुरुआत के लिए, का उपयोग https://tfhub.dev/google/imagenet/mobilenet_v2_100_224/feature_vector/4 । उसी URL का उपयोग कोड में SavedModel की पहचान करने के लिए और आपके ब्राउज़र में इसके दस्तावेज़ दिखाने के लिए किया जा सकता है। (ध्यान दें कि TF1 हब प्रारूप में मॉडल यहां काम नहीं करेंगे।)

आप और अधिक TF2 मॉडल उस छवि सुविधा वैक्टर उत्पन्न पा सकते हैं यहाँ

कोशिश करने के लिए कई संभावित मॉडल हैं। आपको बस इतना करना है कि नीचे दी गई सेल पर एक अलग का चयन करें और नोटबुक के साथ अनुवर्ती कार्रवाई करें।

model_name = "efficientnetv2-xl-21k" # @param ['efficientnetv2-s', 'efficientnetv2-m', 'efficientnetv2-l', 'efficientnetv2-s-21k', 'efficientnetv2-m-21k', 'efficientnetv2-l-21k', 'efficientnetv2-xl-21k', 'efficientnetv2-b0-21k', 'efficientnetv2-b1-21k', 'efficientnetv2-b2-21k', 'efficientnetv2-b3-21k', 'efficientnetv2-s-21k-ft1k', 'efficientnetv2-m-21k-ft1k', 'efficientnetv2-l-21k-ft1k', 'efficientnetv2-xl-21k-ft1k', 'efficientnetv2-b0-21k-ft1k', 'efficientnetv2-b1-21k-ft1k', 'efficientnetv2-b2-21k-ft1k', 'efficientnetv2-b3-21k-ft1k', 'efficientnetv2-b0', 'efficientnetv2-b1', 'efficientnetv2-b2', 'efficientnetv2-b3', 'efficientnet_b0', 'efficientnet_b1', 'efficientnet_b2', 'efficientnet_b3', 'efficientnet_b4', 'efficientnet_b5', 'efficientnet_b6', 'efficientnet_b7', 'bit_s-r50x1', 'inception_v3', 'inception_resnet_v2', 'resnet_v1_50', 'resnet_v1_101', 'resnet_v1_152', 'resnet_v2_50', 'resnet_v2_101', 'resnet_v2_152', 'nasnet_large', 'nasnet_mobile', 'pnasnet_large', 'mobilenet_v2_100_224', 'mobilenet_v2_130_224', 'mobilenet_v2_140_224', 'mobilenet_v3_small_100_224', 'mobilenet_v3_small_075_224', 'mobilenet_v3_large_100_224', 'mobilenet_v3_large_075_224']

model_handle_map = {
  "efficientnetv2-s": "https://tfhub.dev/google/imagenet/efficientnet_v2_imagenet1k_s/feature_vector/2",
  "efficientnetv2-m": "https://tfhub.dev/google/imagenet/efficientnet_v2_imagenet1k_m/feature_vector/2",
  "efficientnetv2-l": "https://tfhub.dev/google/imagenet/efficientnet_v2_imagenet1k_l/feature_vector/2",
  "efficientnetv2-s-21k": "https://tfhub.dev/google/imagenet/efficientnet_v2_imagenet21k_s/feature_vector/2",
  "efficientnetv2-m-21k": "https://tfhub.dev/google/imagenet/efficientnet_v2_imagenet21k_m/feature_vector/2",
  "efficientnetv2-l-21k": "https://tfhub.dev/google/imagenet/efficientnet_v2_imagenet21k_l/feature_vector/2",
  "efficientnetv2-xl-21k": "https://tfhub.dev/google/imagenet/efficientnet_v2_imagenet21k_xl/feature_vector/2",
  "efficientnetv2-b0-21k": "https://tfhub.dev/google/imagenet/efficientnet_v2_imagenet21k_b0/feature_vector/2",
  "efficientnetv2-b1-21k": "https://tfhub.dev/google/imagenet/efficientnet_v2_imagenet21k_b1/feature_vector/2",
  "efficientnetv2-b2-21k": "https://tfhub.dev/google/imagenet/efficientnet_v2_imagenet21k_b2/feature_vector/2",
  "efficientnetv2-b3-21k": "https://tfhub.dev/google/imagenet/efficientnet_v2_imagenet21k_b3/feature_vector/2",
  "efficientnetv2-s-21k-ft1k": "https://tfhub.dev/google/imagenet/efficientnet_v2_imagenet21k_ft1k_s/feature_vector/2",
  "efficientnetv2-m-21k-ft1k": "https://tfhub.dev/google/imagenet/efficientnet_v2_imagenet21k_ft1k_m/feature_vector/2",
  "efficientnetv2-l-21k-ft1k": "https://tfhub.dev/google/imagenet/efficientnet_v2_imagenet21k_ft1k_l/feature_vector/2",
  "efficientnetv2-xl-21k-ft1k": "https://tfhub.dev/google/imagenet/efficientnet_v2_imagenet21k_ft1k_xl/feature_vector/2",
  "efficientnetv2-b0-21k-ft1k": "https://tfhub.dev/google/imagenet/efficientnet_v2_imagenet21k_ft1k_b0/feature_vector/2",
  "efficientnetv2-b1-21k-ft1k": "https://tfhub.dev/google/imagenet/efficientnet_v2_imagenet21k_ft1k_b1/feature_vector/2",
  "efficientnetv2-b2-21k-ft1k": "https://tfhub.dev/google/imagenet/efficientnet_v2_imagenet21k_ft1k_b2/feature_vector/2",
  "efficientnetv2-b3-21k-ft1k": "https://tfhub.dev/google/imagenet/efficientnet_v2_imagenet21k_ft1k_b3/feature_vector/2",
  "efficientnetv2-b0": "https://tfhub.dev/google/imagenet/efficientnet_v2_imagenet1k_b0/feature_vector/2",
  "efficientnetv2-b1": "https://tfhub.dev/google/imagenet/efficientnet_v2_imagenet1k_b1/feature_vector/2",
  "efficientnetv2-b2": "https://tfhub.dev/google/imagenet/efficientnet_v2_imagenet1k_b2/feature_vector/2",
  "efficientnetv2-b3": "https://tfhub.dev/google/imagenet/efficientnet_v2_imagenet1k_b3/feature_vector/2",
  "efficientnet_b0": "https://tfhub.dev/tensorflow/efficientnet/b0/feature-vector/1",
  "efficientnet_b1": "https://tfhub.dev/tensorflow/efficientnet/b1/feature-vector/1",
  "efficientnet_b2": "https://tfhub.dev/tensorflow/efficientnet/b2/feature-vector/1",
  "efficientnet_b3": "https://tfhub.dev/tensorflow/efficientnet/b3/feature-vector/1",
  "efficientnet_b4": "https://tfhub.dev/tensorflow/efficientnet/b4/feature-vector/1",
  "efficientnet_b5": "https://tfhub.dev/tensorflow/efficientnet/b5/feature-vector/1",
  "efficientnet_b6": "https://tfhub.dev/tensorflow/efficientnet/b6/feature-vector/1",
  "efficientnet_b7": "https://tfhub.dev/tensorflow/efficientnet/b7/feature-vector/1",
  "bit_s-r50x1": "https://tfhub.dev/google/bit/s-r50x1/1",
  "inception_v3": "https://tfhub.dev/google/imagenet/inception_v3/feature-vector/4",
  "inception_resnet_v2": "https://tfhub.dev/google/imagenet/inception_resnet_v2/feature-vector/4",
  "resnet_v1_50": "https://tfhub.dev/google/imagenet/resnet_v1_50/feature-vector/4",
  "resnet_v1_101": "https://tfhub.dev/google/imagenet/resnet_v1_101/feature-vector/4",
  "resnet_v1_152": "https://tfhub.dev/google/imagenet/resnet_v1_152/feature-vector/4",
  "resnet_v2_50": "https://tfhub.dev/google/imagenet/resnet_v2_50/feature-vector/4",
  "resnet_v2_101": "https://tfhub.dev/google/imagenet/resnet_v2_101/feature-vector/4",
  "resnet_v2_152": "https://tfhub.dev/google/imagenet/resnet_v2_152/feature-vector/4",
  "nasnet_large": "https://tfhub.dev/google/imagenet/nasnet_large/feature_vector/4",
  "nasnet_mobile": "https://tfhub.dev/google/imagenet/nasnet_mobile/feature_vector/4",
  "pnasnet_large": "https://tfhub.dev/google/imagenet/pnasnet_large/feature_vector/4",
  "mobilenet_v2_100_224": "https://tfhub.dev/google/imagenet/mobilenet_v2_100_224/feature_vector/4",
  "mobilenet_v2_130_224": "https://tfhub.dev/google/imagenet/mobilenet_v2_130_224/feature_vector/4",
  "mobilenet_v2_140_224": "https://tfhub.dev/google/imagenet/mobilenet_v2_140_224/feature_vector/4",
  "mobilenet_v3_small_100_224": "https://tfhub.dev/google/imagenet/mobilenet_v3_small_100_224/feature_vector/5",
  "mobilenet_v3_small_075_224": "https://tfhub.dev/google/imagenet/mobilenet_v3_small_075_224/feature_vector/5",
  "mobilenet_v3_large_100_224": "https://tfhub.dev/google/imagenet/mobilenet_v3_large_100_224/feature_vector/5",
  "mobilenet_v3_large_075_224": "https://tfhub.dev/google/imagenet/mobilenet_v3_large_075_224/feature_vector/5",
}

model_image_size_map = {
  "efficientnetv2-s": 384,
  "efficientnetv2-m": 480,
  "efficientnetv2-l": 480,
  "efficientnetv2-b0": 224,
  "efficientnetv2-b1": 240,
  "efficientnetv2-b2": 260,
  "efficientnetv2-b3": 300,
  "efficientnetv2-s-21k": 384,
  "efficientnetv2-m-21k": 480,
  "efficientnetv2-l-21k": 480,
  "efficientnetv2-xl-21k": 512,
  "efficientnetv2-b0-21k": 224,
  "efficientnetv2-b1-21k": 240,
  "efficientnetv2-b2-21k": 260,
  "efficientnetv2-b3-21k": 300,
  "efficientnetv2-s-21k-ft1k": 384,
  "efficientnetv2-m-21k-ft1k": 480,
  "efficientnetv2-l-21k-ft1k": 480,
  "efficientnetv2-xl-21k-ft1k": 512,
  "efficientnetv2-b0-21k-ft1k": 224,
  "efficientnetv2-b1-21k-ft1k": 240,
  "efficientnetv2-b2-21k-ft1k": 260,
  "efficientnetv2-b3-21k-ft1k": 300, 
  "efficientnet_b0": 224,
  "efficientnet_b1": 240,
  "efficientnet_b2": 260,
  "efficientnet_b3": 300,
  "efficientnet_b4": 380,
  "efficientnet_b5": 456,
  "efficientnet_b6": 528,
  "efficientnet_b7": 600,
  "inception_v3": 299,
  "inception_resnet_v2": 299,
  "nasnet_large": 331,
  "pnasnet_large": 331,
}

model_handle = model_handle_map.get(model_name)
pixels = model_image_size_map.get(model_name, 224)

print(f"Selected model: {model_name} : {model_handle}")

IMAGE_SIZE = (pixels, pixels)
print(f"Input size {IMAGE_SIZE}")

BATCH_SIZE = 16
Selected model: efficientnetv2-xl-21k : https://tfhub.dev/google/imagenet/efficientnet_v2_imagenet21k_xl/feature_vector/2
Input size (512, 512)

फूल डेटासेट सेट करें

इनपुट्स को चयनित मॉड्यूल के लिए उपयुक्त रूप से आकार दिया गया है। डेटासेट संवर्द्धन (यानी, हर बार पढ़े जाने पर किसी छवि की यादृच्छिक विकृति) प्रशिक्षण में सुधार करता है, esp। जब फाइन-ट्यूनिंग।

data_dir = tf.keras.utils.get_file(
    'flower_photos',
    'https://storage.googleapis.com/download.tensorflow.org/example_images/flower_photos.tgz',
    untar=True)
Downloading data from https://storage.googleapis.com/download.tensorflow.org/example_images/flower_photos.tgz
228818944/228813984 [==============================] - 1s 0us/step
228827136/228813984 [==============================] - 1s 0us/step

Found 3670 files belonging to 5 classes.
Using 2936 files for training.
Found 3670 files belonging to 5 classes.
Using 734 files for validation.

मॉडल को परिभाषित करना

सभी यह लेता है की चोटी पर एक रेखीय वर्गीकारक डाल करने के लिए है feature_extractor_layer हब मॉड्यूल के साथ।

गति के लिए, हम एक गैर trainable के साथ शुरू feature_extractor_layer , लेकिन आप भी अधिक से अधिक सटीकता के लिए ठीक करने सक्षम कर सकते हैं।

do_fine_tuning = False
print("Building model with", model_handle)
model = tf.keras.Sequential([
    # Explicitly define the input shape so the model can be properly
    # loaded by the TFLiteConverter
    tf.keras.layers.InputLayer(input_shape=IMAGE_SIZE + (3,)),
    hub.KerasLayer(model_handle, trainable=do_fine_tuning),
    tf.keras.layers.Dropout(rate=0.2),
    tf.keras.layers.Dense(len(class_names),
                          kernel_regularizer=tf.keras.regularizers.l2(0.0001))
])
model.build((None,)+IMAGE_SIZE+(3,))
model.summary()
Building model with https://tfhub.dev/google/imagenet/efficientnet_v2_imagenet21k_xl/feature_vector/2
Model: "sequential_1"
_________________________________________________________________
 Layer (type)                Output Shape              Param #   
=================================================================
 keras_layer (KerasLayer)    (None, 1280)              207615832 
                                                                 
 dropout (Dropout)           (None, 1280)              0         
                                                                 
 dense (Dense)               (None, 5)                 6405      
                                                                 
=================================================================
Total params: 207,622,237
Trainable params: 6,405
Non-trainable params: 207,615,832
_________________________________________________________________

मॉडल का प्रशिक्षण

model.compile(
  optimizer=tf.keras.optimizers.SGD(learning_rate=0.005, momentum=0.9), 
  loss=tf.keras.losses.CategoricalCrossentropy(from_logits=True, label_smoothing=0.1),
  metrics=['accuracy'])
steps_per_epoch = train_size // BATCH_SIZE
validation_steps = valid_size // BATCH_SIZE
hist = model.fit(
    train_ds,
    epochs=5, steps_per_epoch=steps_per_epoch,
    validation_data=val_ds,
    validation_steps=validation_steps).history
Epoch 1/5
183/183 [==============================] - 133s 543ms/step - loss: 0.9221 - accuracy: 0.8996 - val_loss: 0.6271 - val_accuracy: 0.9597
Epoch 2/5
183/183 [==============================] - 94s 514ms/step - loss: 0.6072 - accuracy: 0.9521 - val_loss: 0.5990 - val_accuracy: 0.9528
Epoch 3/5
183/183 [==============================] - 94s 513ms/step - loss: 0.5590 - accuracy: 0.9671 - val_loss: 0.5362 - val_accuracy: 0.9722
Epoch 4/5
183/183 [==============================] - 94s 514ms/step - loss: 0.5532 - accuracy: 0.9726 - val_loss: 0.5780 - val_accuracy: 0.9639
Epoch 5/5
183/183 [==============================] - 94s 513ms/step - loss: 0.5618 - accuracy: 0.9699 - val_loss: 0.5468 - val_accuracy: 0.9556
plt.figure()
plt.ylabel("Loss (training and validation)")
plt.xlabel("Training Steps")
plt.ylim([0,2])
plt.plot(hist["loss"])
plt.plot(hist["val_loss"])

plt.figure()
plt.ylabel("Accuracy (training and validation)")
plt.xlabel("Training Steps")
plt.ylim([0,1])
plt.plot(hist["accuracy"])
plt.plot(hist["val_accuracy"])
[<matplotlib.lines.Line2D at 0x7f607ad6ad90>]

पीएनजी

पीएनजी

सत्यापन डेटा से किसी छवि पर मॉडल आज़माएं:

x, y = next(iter(val_ds))
image = x[0, :, :, :]
true_index = np.argmax(y[0])
plt.imshow(image)
plt.axis('off')
plt.show()

# Expand the validation image to (1, 224, 224, 3) before predicting the label
prediction_scores = model.predict(np.expand_dims(image, axis=0))
predicted_index = np.argmax(prediction_scores)
print("True label: " + class_names[true_index])
print("Predicted label: " + class_names[predicted_index])

पीएनजी

True label: sunflowers
Predicted label: sunflowers

अंत में, प्रशिक्षित मॉडल को टीएफ सर्विंग या टीएफलाइट (मोबाइल पर) में परिनियोजन के लिए निम्नानुसार सहेजा जा सकता है।

saved_model_path = f"/tmp/saved_flowers_model_{model_name}"
tf.saved_model.save(model, saved_model_path)
2021-11-05 13:09:44.225508: W tensorflow/python/util/util.cc:368] Sets are not currently considered sequences, but this may change in the future, so consider avoiding using them.
WARNING:absl:Found untraced functions such as restored_function_body, restored_function_body, restored_function_body, restored_function_body, restored_function_body while saving (showing 5 of 3985). These functions will not be directly callable after loading.
INFO:tensorflow:Assets written to: /tmp/saved_flowers_model_efficientnetv2-xl-21k/assets
INFO:tensorflow:Assets written to: /tmp/saved_flowers_model_efficientnetv2-xl-21k/assets

वैकल्पिक: TensorFlow Lite में परिनियोजन

TensorFlow लाइट आप मोबाइल और IOT उपकरणों को TensorFlow मॉडल नियोजित करने देता है। शो नीचे कोड कैसे TFLite करने के लिए प्रशिक्षित मॉडल बदलने और के उत्तर-प्रशिक्षण उपकरणों को लागू करने के TensorFlow मॉडल अनुकूलन टूलकिट । अंत में, यह परिणामी गुणवत्ता की जांच करने के लिए इसे TFlite दुभाषिया में चलाता है

  • ऑप्टिमाइज़ेशन के बिना कनवर्ट करना पहले जैसा ही परिणाम प्रदान करता है (राउंडऑफ त्रुटि तक)।
  • बिना किसी डेटा के ऑप्टिमाइज़ेशन के साथ कनवर्ट करना मॉडल वज़न को 8 बिट्स तक बढ़ाता है, लेकिन अनुमान अभी भी तंत्रिका नेटवर्क सक्रियण के लिए फ़्लोटिंग-पॉइंट गणना का उपयोग करता है। यह मॉडल के आकार को लगभग 4 गुना कम कर देता है और मोबाइल उपकरणों पर CPU विलंबता में सुधार करता है।
  • शीर्ष पर, तंत्रिका नेटवर्क सक्रियण की गणना को 8-बिट पूर्णांकों के लिए परिमाणित किया जा सकता है, साथ ही यदि परिमाणीकरण सीमा को कैलिब्रेट करने के लिए एक छोटा संदर्भ डेटासेट प्रदान किया जाता है। मोबाइल डिवाइस पर, यह अनुमान को और तेज करता है और एज टीपीयू जैसे त्वरक पर चलाना संभव बनाता है।

अनुकूलन सेटिंग्स

2021-11-05 13:10:59.372672: W tensorflow/compiler/mlir/lite/python/tf_tfl_flatbuffer_helpers.cc:363] Ignored output_format.
2021-11-05 13:10:59.372728: W tensorflow/compiler/mlir/lite/python/tf_tfl_flatbuffer_helpers.cc:366] Ignored drop_control_dependency.
2021-11-05 13:10:59.372736: W tensorflow/compiler/mlir/lite/python/tf_tfl_flatbuffer_helpers.cc:372] Ignored change_concat_input_ranges.
WARNING:absl:Buffer deduplication procedure will be skipped when flatbuffer library is not properly loaded
Wrote TFLite model of 826236388 bytes.
interpreter = tf.lite.Interpreter(model_content=lite_model_content)
# This little helper wraps the TFLite Interpreter as a numpy-to-numpy function.
def lite_model(images):
  interpreter.allocate_tensors()
  interpreter.set_tensor(interpreter.get_input_details()[0]['index'], images)
  interpreter.invoke()
  return interpreter.get_tensor(interpreter.get_output_details()[0]['index'])
num_eval_examples = 50 
eval_dataset = ((image, label)  # TFLite expects batch size 1.
                for batch in train_ds
                for (image, label) in zip(*batch))
count = 0
count_lite_tf_agree = 0
count_lite_correct = 0
for image, label in eval_dataset:
  probs_lite = lite_model(image[None, ...])[0]
  probs_tf = model(image[None, ...]).numpy()[0]
  y_lite = np.argmax(probs_lite)
  y_tf = np.argmax(probs_tf)
  y_true = np.argmax(label)
  count +=1
  if y_lite == y_tf: count_lite_tf_agree += 1
  if y_lite == y_true: count_lite_correct += 1
  if count >= num_eval_examples: break
print("TFLite model agrees with original model on %d of %d examples (%g%%)." %
      (count_lite_tf_agree, count, 100.0 * count_lite_tf_agree / count))
print("TFLite model is accurate on %d of %d examples (%g%%)." %
      (count_lite_correct, count, 100.0 * count_lite_correct / count))
TFLite model agrees with original model on 50 of 50 examples (100%).
TFLite model is accurate on 50 of 50 examples (100%).