人工智能|基于 TensorFlow.js 的迁移学习图像分类器

原创杨金月算法与编程之美

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问题描述

TensorFlow.js是一个基于deeplearn.js构建的强大而灵活的Javascript机器学习库，它可直接在浏览器上创建深度学习模块。使用它可以在浏览器上创建CNN(卷积神经网络)、RNN(循环神经网络)等等，且可以使用终端的GPU处理能力训练这些模型。接下来我们将学习如何建立一个简单的“可学习机器”——基于 TensorFlow.js 的迁移学习图像分类器。

解决方案

加载 TensorFlow.js 和MobileNet 模型

在编辑器中创建一个HTML文件，命名为index.html,添加以下内容。

<!DOCTYPE html>

<html>

<head>

</head>

<body>

</body>

</html>

注意：在img里请使用有用的图片地址

在浏览器中设置 MobileNet 用于预测

在代码编辑器中打开/创建index.js 文件，添加以下代码：

let net;

async function app(){

console.log('Loading mobilenet..');

// 加载模型

net = await mobilenet.load();

console.log('Sucessfully loaded model');

// 通过模型预测图像

const imgEl = document.getElementById('img');

const result = await net.classify(imgEl);

console.log(result);

}

app();

在浏览器中测试 MobileNet 的预测

运行index.html文件，调出JavaScript控制台，你将看见一张狗的照片，而这就是MobileNet 的预测结果。

通过网络摄像头图像在浏览器中执行 MobileNet 预测

接下来，我们来设置网络摄像头来预测由网络摄像头传输的图像。

现在，让我们让它更具交互性和实时性。让我们设置网络摄像头来预测由网络摄像头传输的图像。

首先要设置网络摄像头的视频元素。打开 index.html 文件，在 <body> 部分中添加如下行，并删除我们用于加载狗图像的<img> 标签。

打开 index.js 文件并将webcamElement 添加到文件的最顶部。

const webcamElement = document.getElementById('webcam');

在同一个 index.js 文件中，在调用 “app()” 函数之前添加网络摄像头的设置函数：

async function setupWebcam() {

return new Promise((resolve, reject) => {

const navigatorAny = navigator;

navigator.getUserMedia = navigator.getUserMedia ||

navigatorAny.webkitGetUserMedia || navigatorAny.mozGetUserMedia ||

navigatorAny.msGetUserMedia;

if (navigator.getUserMedia) {

navigator.getUserMedia({video: true},

stream=> {

webcamElement.srcObject = stream;

webcamElement.addEventListener('loadeddata', () => resolve(), false);

error=> reject());

}else{

reject();

}

});

}

在之前添加的 app() 函数中，你可以删除通过图像预测的部分，用一个无限循环，通过网络摄像头预测代替。

async function app(){

console.log('Loading mobilenet..');

// 加载模型

net = await mobilenet.load();

console.log('Sucessfully loaded model');

await setupWebcam();

while(true){

const result = await net.classify(webcamElement);

document.getElementById('console').innerText =`

prediction: ${result[0].className}\n

probability: ${result[0].probability}

// 给自己一些喘息的空间

// 等待下一个动画帧开始

await tf.nextFrame();

}

如果你在网页中打开控制台，现在你应该会看到 MobileNet 的预测和网络摄像头收集到的每一帧图像。

在 MobileNet 预测的基础上添加一个自定义的分类器

现在，让我们把它变得更加实用。我们使用网络摄像头动态创建一个自定义的 3 对象的分类器。我们将通过 MobileNet 进行分类，但这次我们将使用特定网络摄像头图像在模型的内部表示（激活值）来进行分类。

我们将使用一个叫做 "K-Nearest NeighborsClassifier" 的模块，他将有效的让我们把摄像头采集的图像（实际上是 MobileNet 中的激活值）分成不同的类别，当用户要求做出预测时，我们只需选择拥有与待预测图像最相似的激活值的类即可。

在 index.html 的<head> 标签的末尾添加 KNN 分类器的导入（你仍然需要 MobileNet，所以不要删除它的导入）：

在 index.html 视频部分下面添加三个按钮。这些按钮将用于向模型添加训练图像。

在 index.js 的顶部，创建一个分类器

const classifier = knnClassifier.create();

更新 app 函数;

async function app(){

console.log('Loading mobilenet..');

//losd the model

net = await mobilenet.load();

console.log('Sucessfully loaded model');

await setupWebcam();

//从网络摄像头中读取图像并将其与特定类关联

const addExample classId=>{

// 获取 MobileNet 中间的 'conv_preds' 的激活值

// 并将其传递给 KNN 分类器

const activation = net.infer(webcamElement, 'conv_preds');

// 将中间激活值传递给分类器

classifier.addExample(activation, classId);

};

// 单击该按钮是，为该类添加一个实例

document.getElementById("class-a").addEventListener('click',()=>addExample(0));

document.getElementById("class-b").addEventListener('click',()=>addExample(1));

document.getElementById("class-c").addEventListener('click',()=>addExample(2));

while(true){

if(classifier.getNumClasses() > 0) {

// 获取 MobileNet 在网络摄像头中图像上的激活值

const activation = net.infer(webcamElement, 'conv_preds');

// 从分类器模块上获取最可能的类

const result = await classifier.predictClass(activation);

const classes = ['A', 'B', 'C'];

document.getElementById('console').innerText = `

prediction: ${classes[result.classIndex]}\n

probability: ${result.confidences[result.classIndex]}

}

await tf.nextFrame();

}

当你加载 index.html 页面时，你可以使用常用对象或面部表情/手势为这三个类中的每一个类捕获图像。每次单击其中一个 "Add" 按钮，就会向该类添加一个图像作为训练实例。当你这样做的时候，模型会继续预测网络摄像头的图像，并实时显示结果。

注意：在这里可能会报错，出现：Uncaught (in promise)TypeError: Failed to fetch。

这个错误提示是网络连接超时的意思，解决办法如下：

清除浏览器历史记录和缓存。Google Chrome浏览器清除历史记录和缓存：转到“自定义和控制”（Chrome浏览器右上角） – >然后单击“设置” –>单击下面的“显示高级设置”按钮 – >然后到“隐私”部分 – >点击“清除浏览数据”按钮 – >检查新弹出窗口中的所有框 – >然后单击“清除浏览数据”按钮。

结语

我们在这里主要是加载并运行一个名为 MobileNet 的流行的预训练模型从而实现在浏览器中的图像分类问题。使用“迁移学习”技术，这项技术将使用预训练好的 MobileNet 模型为你的应用定制以及引导训练。在学习和实现例子的过程中，会遇到许多的问题，而我们则需要去静下心解决这些问题，学会在我们写的代码中找问题。

END

实习编辑 | 王楠岚

责编 | 杨金月

where2go 团队

微信号：算法与编程之美

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