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【毕业设计】深度学习水果识别系统 - python CNN

文章目录

1 前言

🔥 Hi,大家好,这里是丹成学长的毕设系列文章!

🔥 对毕设有任何疑问都可以问学长哦!

这两年开始,各个学校对毕设的要求越来越高,难度也越来越大… 毕业设计耗费时间,耗费精力,甚至有些题目即使是专业的老师或者硕士生也需要很长时间,所以一旦发现问题,一定要提前准备,避免到后面措手不及,草草了事。

为了大家能够顺利以及最少的精力通过毕设,学长分享优质毕业设计项目,今天要分享的新项目是

🚩 基于深度学习的水果识别

🥇学长这里给一个题目综合评分(每项满分5分)

  • 难度系数:4分
  • 工作量:4分
  • 创新点:3分

🧿 选题指导, 项目分享:

https://gitee.com/yaa-dc/BJH/blob/master/gg/cc/README.md

2 开发简介

深度学习作为机器学习领域内新兴并且蓬勃发展的一门学科, 它不仅改变着传统的机器学习方法, 也影响着我们对人类感知的理解, 已经在图像识别和语音识别等领域取得广泛的应用。 因此, 本文在深入研究深度学习理论的基础上, 将深度学习应用到水果图像识别中, 以此来提高了水果图像的识别性能。

3 识别原理

3.1 传统图像识别原理

传统的水果图像识别系统的一般过程如下图所示,主要工作集中在图像预处理和特征提取阶段。

在大多数的识别任务中, 实验所用图像往往是在严格限定的环境中采集的, 消除了外界环境对图像的影响。 但是实际环境中图像易受到光照变化、 水果反光、 遮挡等因素的影响, 这在不同程度上影响着水果图像的识别准确率。

在传统的水果图像识别系统中, 通常是对水果的纹理、 颜色、 形状等特征进行提取和识别。

在这里插入图片描述

3.2 深度学习水果识别

CNN 是一种专门为识别二维特征而设计的多层神经网络, 它的结构如下图所示,这种结构对平移、 缩放、 旋转等变形具有高度的不变性。

在这里插入图片描述

学长本次采用的 CNN 架构如图:
在这里插入图片描述

4 数据集

  • 数据库分为训练集(train)和测试集(test)两部分
  • 训练集包含四类apple,orange,banana,mixed(多种水果混合)四类237张图片;测试集包含每类图片各两张。图片集如下图所示。
  • 图片类别可由图片名称中提取。

训练集图片预览

在这里插入图片描述

测试集预览
在这里插入图片描述

数据集目录结构
在这里插入图片描述

5 部分关键代码

5.1 处理训练集的数据结构

import os
import pandas as pd

train_dir ='./Training/'
test_dir ='./Test/'
fruits =[]
fruits_image =[]for i in os.listdir(train_dir):for image_filename in os.listdir(train_dir + i):
        fruits.append(i)# name of the fruit
        fruits_image.append(i +'/'+ image_filename)
train_fruits = pd.DataFrame(fruits, columns=["Fruits"])
train_fruits["Fruits Image"]= fruits_image

print(train_fruits)

5.2 模型网络结构

import matplotlib.pyplot as plt
import seaborn as sns
from keras.preprocessing.image import ImageDataGenerator, img_to_array, load_img
from glob import glob
from keras.models import Sequential
from keras.layers import Conv2D, MaxPooling2D, Activation, Dropout, Flatten, Dense
img = load_img(train_dir +"Cantaloupe 1/r_234_100.jpg")
plt.imshow(img)
plt.axis("off")
plt.show()

array_image = img_to_array(img)# shape (100,100)print("Image Shape --> ", array_image.shape)# 131个类目
fruitCountUnique = glob(train_dir +'/*')
numberOfClass =len(fruitCountUnique)print("How many different fruits are there --> ",numberOfClass)# 构建模型
model = Sequential()
model.add(Conv2D(32,(3,3),input_shape = array_image.shape))
model.add(Activation("relu"))
model.add(MaxPooling2D())
model.add(Conv2D(32,(3,3)))
model.add(Activation("relu"))
model.add(MaxPooling2D())
model.add(Conv2D(64,(3,3)))
model.add(Activation("relu"))
model.add(MaxPooling2D())
model.add(Flatten())
model.add(Dense(1024))
model.add(Activation("relu"))
model.add(Dropout(0.5))# 区分131类
model.add(Dense(numberOfClass))# output
model.add(Activation("softmax"))
model.compile(loss ="categorical_crossentropy",

              optimizer ="rmsprop",

              metrics =["accuracy"])print("Target Size --> ", array_image.shape[:2])

5.3 训练模型

train_datagen = ImageDataGenerator(rescale=1./255,
                                   shear_range =0.3,
                                   horizontal_flip=True,
                                   zoom_range =0.3)

test_datagen = ImageDataGenerator(rescale=1./255)
epochs =100
batch_size =32
train_generator = train_datagen.flow_from_directory(
                train_dir,
                target_size= array_image.shape[:2],
                batch_size = batch_size,
                color_mode="rgb",
                class_mode="categorical")

test_generator = test_datagen.flow_from_directory(
                test_dir,
                target_size= array_image.shape[:2],
                batch_size = batch_size,
                color_mode="rgb",
                class_mode="categorical")for data_batch, labels_batch in train_generator:print("data_batch shape --> ",data_batch.shape)print("labels_batch shape --> ",labels_batch.shape)break

hist = model.fit_generator(
        generator = train_generator,
        steps_per_epoch =1600// batch_size,
        epochs=epochs,
        validation_data = test_generator,
        validation_steps =800// batch_size)#保存模型 model_fruits.h5
model.save('model_fruits.h5')

顺便输出训练曲线

#展示损失模型结果
plt.figure()
plt.plot(hist.history["loss"],label ="Train Loss", color ="black")
plt.plot(hist.history["val_loss"],label ="Validation Loss", color ="darkred", linestyle="dashed",markeredgecolor ="purple", markeredgewidth =2)
plt.title("Model Loss", color ="darkred", size =13)
plt.legend()
plt.show()#展示精确模型结果
plt.figure()
plt.plot(hist.history["accuracy"],label ="Train Accuracy", color ="black")
plt.plot(hist.history["val_accuracy"],label ="Validation Accuracy", color ="darkred", linestyle="dashed",markeredgecolor ="purple", markeredgewidth =2)
plt.title("Model Accuracy", color ="darkred", size =13)
plt.legend()
plt.show()

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

6 识别效果

from tensorflow.keras.models import load_model
import os
import pandas as pd

from keras.preprocessing.image import ImageDataGenerator,img_to_array, load_img
import cv2,matplotlib.pyplot as plt,numpy as np
from keras.preprocessing import image

train_datagen = ImageDataGenerator(rescale=1./255,
                                    shear_range =0.3,
                                    horizontal_flip=True,
                                    zoom_range =0.3)

model = load_model('model_fruits.h5')
batch_size =32
img = load_img("./Test/Apricot/3_100.jpg",target_size=(100,100))
plt.imshow(img)
plt.show()

array_image = img_to_array(img)
array_image = array_image *1./255
x = np.expand_dims(array_image, axis=0)
images = np.vstack([x])
classes = model.predict_classes(images, batch_size=10)print(classes)
train_dir ='./Training/'

train_generator = train_datagen.flow_from_directory(
        train_dir,
        target_size= array_image.shape[:2],
        batch_size = batch_size,
        color_mode="rgb",
        class_mode= "categorical”)print(train_generator.class_indices)

在这里插入图片描述

fig = plt.figure(figsize=(16,16))
axes =[]
files =[]
predictions =[]
true_labels =[]
rows =5
cols =2# 随机选择几个图片defgetRandomImage(path, img_width, img_height):"""function loads a random image from a random folder in our test path"""
    folders =list(filter(lambda x: os.path.isdir(os.path.join(path, x)), os.listdir(path)))
    random_directory = np.random.randint(0,len(folders))
    path_class = folders[random_directory]
    file_path = os.path.join(path, path_class)
    file_names =[f for f in os.listdir(file_path)if os.path.isfile(os.path.join(file_path, f))]
    random_file_index = np.random.randint(0,len(file_names))
    image_name = file_names[random_file_index]
    final_path = os.path.join(file_path, image_name)return image.load_img(final_path, target_size =(img_width, img_height)), final_path, path_class

defdraw_test(name, pred, im, true_label):
    BLACK =[0,0,0]
    expanded_image = cv2.copyMakeBorder(im,160,0,0,300, cv2.BORDER_CONSTANT, value=BLACK)
    cv2.putText(expanded_image,"predicted: "+ pred,(20,60), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX,0.85,(255,0,0),2)
    cv2.putText(expanded_image,"true: "+ true_label,(20,120), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX,0.85,(0,255,0),2)return expanded_image
IMG_ROWS, IMG_COLS =100,100# predicting imagesfor i inrange(0,10):
    path ="./Test"
    img, final_path, true_label = getRandomImage(path, IMG_ROWS, IMG_COLS)
    files.append(final_path)
    true_labels.append(true_label)
    x = image.img_to_array(img)
    x = x *1./255
    x = np.expand_dims(x, axis=0)
    images = np.vstack([x])
    classes = model.predict_classes(images, batch_size=10)
    predictions.append(classes)

class_labels = train_generator.class_indices
class_labels ={v: k for k, v in class_labels.items()}
class_list =list(class_labels.values())for i inrange(0,len(files)):
    image = cv2.imread(files[i])
    image = draw_test("Prediction", class_labels[predictions[i][0]], image, true_labels[i])
    axes.append(fig.add_subplot(rows, cols, i+1))
    plt.imshow(cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_BGR2RGB))
    plt.grid(False)
    plt.axis('off')
plt.show()

在这里插入图片描述

7 最后

标签: 深度学习 python cnn

本文转载自: https://blog.csdn.net/caxiou/article/details/127785858
版权归原作者 caxiou 所有, 如有侵权,请联系我们删除。

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