动物数据集+动物分类识别训练代码(Pytorch)

动物数据集+动物分类识别训练代码(Pytorch)

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目录

​​ 动物数据集+动物分类识别训练代码(Pytorch)​​

​​1. 前言​​

​​2. Animals-Dataset动物数据集说明​​

​​（1）Animals90动物数据集​​

​​（2）Animals10动物数据集​​

​​（3）自定义数据集​​

​​3. 动物分类识别模型训练​​

​​（1）项目框架说明​​

​​（2）准备Train和Test数据​​

​​（3）配置文件：config.yaml​​

​​（4）开始训练​​

​​（5）可视化训练过程​​

​​（6）一些优化建议​​

​​4. 动物分类识别模型测试效果​​

​​5.项目源码下载​​

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1. 前言

基于人工智能的动物AI识别，能够帮助我们快速认知动物品种，对动物科普等研究方面具有重大的意义。本项目将采用深度学习的方法，搭建一个动物分类识别的训练和测试系统。 基于该项目，你可以快速训练一个动物分类识别模型。

目前，基于ResNet18的动物分类识别，支持90种动物分类识别；在Animals90动物数据集上，训练集的Accuracy 99%左右，测试集的Accuracy在91%左右；在Animals10动物数据集上，训练集的Accuracy 99%左右，测试集的Accuracy在96%左右。骨干网络模型可支持googlenet, resnet[18,34,50], inception_v3，mobilenet_v2等常用的模型。

如果想进一步提高准确率，可以尝试：

1. 增加样本数据： 可以采集更多的样本数据，提高模型泛化能力
2. 减少种类：Animals90动物数据集共有90种类，可以剔除部分不常见的动物
3. 数据清洗数据：动物数据集，部分数据是通过网上爬取的，存在部分错误的图片，尽管鄙人已经清洗一部分了，但还是建议你，训练前，再次清洗数据集，不然会影响模型的识别的准确率。
4. 使用不同backbone模型，比如resnet50或者更深的模型
5. 增加数据增强： 已经支持： 随机裁剪，随机翻转，随机旋转，颜色变换等数据增强方式，可以尝试诸如mixup，CutMix等更复杂的数据增强方式
6. 样本均衡： 建议进行样本均衡处理
7. 调超参： 比如学习率调整策略，优化器（SGD,Adam等）
8. 损失函数： 目前训练代码已经支持：交叉熵，LabelSmoothing，可以尝试FocalLoss等损失函数

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2. Animals-Dataset动物数据集说明

（1）Animals90动物数据集

Animals90动物数据集，包含 90 个不同类别动物，约有 5400 张动物图像，每种类含有60张图片。所有照片都已经按照其所属类别存放于各自的文件夹下。动物种类包括常见的类别，如羚羊，獾，蝙蝠，熊，蜜蜂，甲虫，野牛，公猪，蝴蝶，猫 毛虫，黑猩猩等。

为了方便训练，鄙人已将数据划分为训练集和测试集，其中训练集每类50张图片，共4500张图片；测试集每类10张图片，共900张图片

下面是Animals90动物数据集90类别名称：

antelope
badger
bat
bear
bee
beetle
bison
boar
butterfly
cat
caterpillar
chimpanzee
cockroach
cow
coyote
crab
crow
deer
dog
dolphin
donkey
dragonfly
duck
eagle
elephant
flamingo
fly
fox
goat
goldfish
goose
gorilla
grasshopper
hamster
hare
hedgehog
hippopotamus
hornbill
horse
hummingbird
hyena
jellyfish
kangaroo
koala
ladybugs
leopard
lion
lizard
lobster
mosquito
moth
mouse
octopus
okapi
orangutan
otter
owl
ox
oyster
panda
parrot
pelecaniformes
penguin
pig
pigeon
porcupine
possum
raccoon
rat
reindeer
rhinoceros
sandpiper
seahorse
seal
shark
sheep
snake
sparrow
squid
squirrel
starfish
swan
tiger
turkey
turtle
whale
wolf
wombat
woodpecker
zebra

（2）Animals10动物数据集

Animals10动物数据集，仅包含 10个不同类别动物，分别为：蝴蝶，猫，鸡，牛，狗，象，马，羊，蜘蛛和松鼠，总共约有26000+张动物图像。其中训练集共25000+张图片，平均每类含有2500张图片；测试集每类100张图片，共1000张图片。所有照片都已经按照其所属类别存放于各自的文件夹下。

  下面是Animals10动物数据集10类别名称：

butterfly
cat
chicken
cow
dog
elephant
horse
sheep
spider
squirrel

（3）自定义数据集

如果需要新增类别数据，或者需要自定数据集进行训练，可以如下进行处理：

• Train和Test数据集，要求相同类别的图片，放在同一个文件夹下；且子目录文件夹命名为类别名称，如

• 类别文件：一行一个列表：​​class_name.txt​​(最后一行,请多回车一行)

A
B
C
D

• 修改配置文件的数据路径：​​config.yaml​​

train_data: # 可添加多个数据集
  - 'data/dataset/train1' 
  - 'data/dataset/train2'
test_data: 'data/dataset/test'
class_name: 'data/dataset/class_name.txt'
...
...

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3. 动物分类识别模型训练

考虑到Animals90动物数据集种类比较齐全，因此本项目以Animals90动物数据集为训练样本，当然你也可以合并Animals90和Animals10这两个数据集进行训练。

（1）项目框架说明

整套工程基本框架结构如下：

.
├── classifier                 # 训练模型相关工具
├── configs                    # 训练配置文件
├── data                       # 训练数据
├── libs           
├── demo.py              # 模型推理demo
├── README.md            # 项目工程说明文档
├── requirements.txt     # 项目相关依赖包
└── train.py             # 训练文件

（2）准备Train和Test数据

下载动物分类数据集，Train和Test数据集，要求相同类别的图片，放在同一个文件夹下；且子目录文件夹命名为类别名称。

数据增强方式主要采用： 随机裁剪，随机翻转，随机旋转，颜色变换等处理方式

import numbers
import random
import PIL.Image as Image
import numpy as np
from torchvision import transforms


def image_transform(input_size, rgb_mean=[0.5, 0.5, 0.5], rgb_std=[0.5, 0.5, 0.5], trans_type="train"):
    """
    不推荐使用：RandomResizedCrop(input_size), # bug:目标容易被crop掉
    :param input_size: [w,h]
    :param rgb_mean:
    :param rgb_std:
    :param trans_type:
    :return::
    """
    if trans_type == "train":
        transform = transforms.Compose([
            transforms.Resize([int(128 * input_size[1] / 112), int(128 * input_size[0] / 112)]),
            transforms.RandomHorizontalFlip(),  # 随机左右翻转
            # transforms.RandomVerticalFlip(), # 随机上下翻转
            transforms.ColorJitter(brightness=0.5, contrast=0.5, saturation=0.5, hue=0.1),
            transforms.RandomRotation(degrees=5),
            transforms.RandomCrop([input_size[1], input_size[0]]),
            transforms.ToTensor(),
            transforms.Normalize(mean=rgb_mean, std=rgb_std),
        ])
    elif trans_type == "val" or trans_type == "test":
        transform = transforms.Compose([
            transforms.Resize([input_size[1], input_size[0]]),
            # transforms.CenterCrop([input_size[1], input_size[0]]),
            # transforms.Resize(input_size),
            transforms.ToTensor(),
            transforms.Normalize(mean=rgb_mean, std=rgb_std),
        ])
    else:
        raise Exception("transform_type ERROR:{}".format(trans_type))
    return transform

修改配置文件数据路径：config.yaml

# 训练数据集，可支持多个数据集
train_data:
  - '/path/to/animal/animals90/train'
# 测试数据集
test_data: '/path/to/animal/animals90/test'
# 类别文件
class_name: '/path/to/animal/animals90/class_name.txt'

（3）配置文件：​​config.yaml​​

• 目前支持的backbone有：googlenet,resnet[18,34,50],inception_v3,mobilenet_v2等， 其他backbone可以自定义添加
• 训练参数可以通过(configs/config.yaml)配置文件进行设置

 配置文件：​​config.yaml​​说明如下：

# 训练数据集，可支持多个数据集
train_data:
  - '/path/to/animal/animals90/train'
# 测试数据集
test_data: '/path/to/animal/animals90/test'
# 类别文件
class_name: '/path/to/animal/animals90/class_name.txt'
train_transform: "train"       # 训练使用的数据增强方法
test_transform: "val"          # 测试使用的数据增强方法
work_dir: "work_space/"        # 保存输出模型的目录
net_type: "resnet18"           # 骨干网络,支持：resnet18/50,mobilenet_v2,googlenet,inception_v3
width_mult: 1.0
input_size: [ 224,224 ]        # 模型输入大小
rgb_mean: [ 0.5, 0.5, 0.5 ]    # for normalize inputs to [-1, 1],Sequence of means for each channel.
rgb_std: [ 0.5, 0.5, 0.5 ]     # for normalize,Sequence of standard deviations for each channel.
batch_size: 32
lr: 0.01                       # 初始学习率
optim_type: "SGD"              # 选择优化器，SGD,Adam
loss_type: "CrossEntropyLoss"  # 选择损失函数：支持CrossEntropyLoss,LabelSmoothing
momentum: 0.9                  # SGD momentum
num_epochs: 100                # 训练循环次数
num_warn_up: 3                 # warn-up次数
num_workers: 8                 # 加载数据工作进程数
weight_decay: 0.0005           # weight_decay，默认5e-4
scheduler: "multi-step"        # 学习率调整策略
milestones: [ 20,50,80 ]       # 下调学习率方式
gpu_id: [ 0 ]                  # GPU ID
log_freq: 50                   # LOG打印频率
progress: True                 # 是否显示进度条
pretrained: False              # 是否使用pretrained模型
finetune: False                # 是否进行finetune

参数	类型	参考值	说明
train_data	str, list	-	训练数据文件，可支持多个文件
test_data	str, list	-	测试数据文件，可支持多个文件
class_name	str	-	类别文件
work_dir	str	work_space	训练输出工作空间
net_type	str	resnet18	backbone类型,{resnet18/50,mobilenet_v2,googlenet,inception_v3}
input_size	list	[128,128]	模型输入大小[W,H]
batch_size	int	32	batch size
lr	float	0.1	初始学习率大小
optim_type	str	SGD	优化器，{SGD,Adam}
loss_type	str	CELoss	损失函数
scheduler	str	multi-step	学习率调整策略，{multi-step,cosine}
milestones	list	[30,80,100]	降低学习率的节点，仅仅scheduler=multi-step有效
momentum	float	0.9	SGD动量因子
num_epochs	int	120	循环训练的次数
num_warn_up	int	3	warn_up的次数
num_workers	int	12	DataLoader开启线程数
weight_decay	float	5e-4	权重衰减系数
gpu_id	list	[ 0 ]	指定训练的GPU卡号，可指定多个
log_freq	in	20	显示LOG信息的频率
finetune	str	model.pth	finetune的模型
progress	bool	True	是否显示进度条
distributed	bool	False	是否使用分布式训练

（4）开始训练

整套训练代码非常简单操作，用户只需要将相同类别的数据放在同一个目录下，并填写好对应的数据路径，即可开始训练了。

python train.py -c configs/config.yaml

（5）可视化训练过程

训练过程可视化工具是使用Tensorboard，使用方法：

# 基本方法
tensorboard --logdir=path/to/log/
# 例如
tensorboard --logdir=work_space/mobilenet_v2_1.0_CrossEntropyLoss/log

可视化效果 

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（6）一些优化建议

训练完成后，目前，基于ResNet18的动物分类识别，在Animals90动物数据集上，训练集的Accuracy 99%左右，测试集的Accuracy在91%左右；在Animals10动物数据集上，训练集的Accuracy 99%左右，测试集的Accuracy在96%左右。如果想进一步提高准确率，可以尝试：

1. 增加样本数据： 可以采集更多的样本数据，提高模型泛化能力
2. 减少种类：Animals90动物数据集共有90种类，可以剔除部分不常见的动物
3. 数据清洗数据：动物数据集，部分数据是通过网上爬取的，存在部分错误的图片，尽管鄙人已经清洗一部分了，但还是建议你，训练前，再次清洗数据集，不然会影响模型的识别的准确率。
4. 使用不同backbone模型，比如resnet50或者更深的模型
5. 增加数据增强： 已经支持： 随机裁剪，随机翻转，随机旋转，颜色变换等数据增强方式，可以尝试诸如mixup，CutMix等更复杂的数据增强方式
6. 样本均衡： 建议进行样本均衡处理
7. 调超参： 比如学习率调整策略，优化器（SGD,Adam等）
8. 损失函数： 目前训练代码已经支持：交叉熵，LabelSmoothing，可以尝试FocalLoss等损失函数

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4. 动物分类识别模型测试效果

 demo.py文件用于推理和测试模型的效果，填写好配置文件，模型文件以及测试图片即可运行测试了

def get_parser():
    # 配置文件
    config_file = "data/pretrained/resnet18_1.0_LabelSmoothing_20220830191723/config.yaml"
    # 模型文件
    model_file = "data/pretrained/resnet18_1.0_LabelSmoothing_20220830191723/model/best_model_096_91.1111.pth"
    # 待测试图片目录
    image_dir = "data/test_images/animals"
    parser = argparse.ArgumentParser(description="Inference Argument")
    parser.add_argument("-c", "--config_file", help="configs file", default=config_file, type=str)
    parser.add_argument("-m", "--model_file", help="model_file", default=model_file, type=str)
    parser.add_argument("--device", help="cuda device id", default="cuda:0", type=str)
    parser.add_argument("--image_dir", help="image file or directory", default=image_dir, type=str)
    return parser

#!/usr/bin/env bash
# Usage:
# python demo.py  -c "path/to/config.yaml" -m "path/to/model.pth" --image_dir "path/to/image_dir"

# 配置文件
config_file="data/pretrained/resnet18_1.0_LabelSmoothing_20220830191723/config.yaml"
# 模型文件
model_file="data/pretrained/resnet18_1.0_LabelSmoothing_20220830191723/model/best_model_096_91.1111.pth"
# 待测试图片目录
image_dir="data/test_images/animals"
python demo.py \
    -c $config_file \
    -m $model_file \
    --image_dir $image_dir

运行测试结果： 

pred_index:['cat'],pred_score:[0.9299037]	pred_index:['cow'],pred_score:[0.8641183]
pred_index:['duck'],pred_score:[0.20411915]	pred_index:['duck'],pred_score:[0.8169622]

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5.项目源码下载

整套项目源码内容包含：

• Animals90动物数据集，包含 90 个不同类别动物，总共约有5400 张动物图像，每种类含有60张图片，其中训练集每类50张图片，共4500张图片；测试集每类10张图片，共900张图片
• Animals10动物数据集，包含 10 个不同类别动物，总共约有26000+张动物图像，其中训练集共25000+张图片，平均每类含有2500张图片；测试集每类100张图片，共1000张图片
• 支持自定义数据集训练
• 整套动物分类训练代码和测试代码（Pytorch版本）, 支持的backbone骨干网络模型有：googlenet,resnet[18,34,50],inception_v3,mobilenet_v2等， 其他backbone可以自定义添加