基于卷积神经网络的蔬菜识别系统，resnet50，mobilenet模型【pytorch框架+python源码】

news2024/10/22 2:54:25

更多目标检测和图像分类识别项目可看我主页其他文章

功能演示：

基于卷积神经网络的蔬菜识别系统，resnet50，mobilenet【pytorch框架，python，tkinter】_哔哩哔哩_bilibili

（一）简介

基于卷积神经网络的蔬菜识别系统是在pytorch框架下实现的，这是一个完整的项目，包括代码，数据集，训练好的模型权重，模型训练记录，ui界面和各种模型指标图表等。

该项目有两个可选模型：resnet50和mobilenet，两个模型都在项目中；GUI界面由tkinter设计和实现。此项目可在windowns、linux(ubuntu, centos)、mac系统下运行。

该项目是在pycharm和anaconda搭建的虚拟环境执行，pycharm和anaconda安装和配置可观看教程：

windows保姆级的pycharm+anaconda搭建python虚拟环境_windows启动python虚拟环境-CSDN博客

在Linux系统(Ubuntn, Centos)用pycharm+anaconda搭建python虚拟环境_linux pycharm-CSDN博客

（二）项目介绍

1. 项目结构

该项目可以使用已经训练好的模型权重，也可以自己重新训练，自己训练也比较简单

以训练resnet50模型为例：

第一步：修改model_resnet50.py的数据集路径，模型名称、模型训练的轮数

第二步：模型训练和验证，即直接运行model_resnet50.py文件

第三步：使用模型，即运行gui_chinese.py文件即可通过GUI界面来展示模型效果

2. 数据结构

部分数据展示：

3.GUI界面（技术栈：tkinter+python）

4.模型训练和验证的一些指标及效果

1）模型训练和验证的准确率曲线，损失曲线

2）热力图

3）准确率、精确率、召回率、F1值

4）模型训练和验证记录

（三）代码

由于篇幅有限，只展示核心代码

    def main(self, epochs):
        # 记录训练过程
        log_file_name = './results/resnet50训练和验证过程.txt'
        # 记录正常的 print 信息
        sys.stdout = Logger(log_file_name)
 
        print("using {} device.".format(self.device))
        # 开始训练，记录开始时间
        begin_time = time()
        # 加载数据
        train_loader, validate_loader, class_names, train_num, val_num = self.data_load()
        print("class_names: ", class_names)
        train_steps = len(train_loader)
        val_steps = len(validate_loader)
        # 加载模型
        model = self.model_load()  # 创建模型
        # 修改全连接层的输出维度
        in_channel = model.fc.in_features
        model.fc = nn.Linear(in_channel, len(class_names))
 
        # 模型结构可视化
        x = torch.randn(16, 3, 224, 224)  # 随机生成一个输入
        # 模型结构保存路径
        model_visual_path = 'results/resnet50_visual.onnx'
        # 将 pytorch 模型以 onnx 格式导出并保存
        torch.onnx.export(model, x, model_visual_path)  
        # netron.start(model_visual_path)  # 浏览器会自动打开网络结构
 
 
        # 将模型放入GPU中
        model.to(self.device)
        # 定义损失函数
        loss_function = nn.CrossEntropyLoss()
        # 定义优化器
        params = [p for p in model.parameters() if p.requires_grad]
        optimizer = optim.Adam(params=params, lr=0.0001)
 
        train_loss_history, train_acc_history = [], []
        test_loss_history, test_acc_history = [], []
        best_acc = 0.0
 
        for epoch in range(0, epochs):
            # 下面是模型训练
            model.train()
            running_loss = 0.0
            train_acc = 0.0
            train_bar = tqdm(train_loader, file=sys.stdout)
            # 进来一个batch的数据，计算一次梯度，更新一次网络
            for step, data in enumerate(train_bar):
                # 获取图像及对应的真实标签
                images, labels = data
                # 清空过往梯度
                optimizer.zero_grad()
                # 得到预测的标签
                outputs = model(images.to(self.device))
                # 计算损失
                train_loss = loss_function(outputs, labels.to(self.device))
                # 反向传播，计算当前梯度
                train_loss.backward()
                # 根据梯度更新网络参数
                optimizer.step()  
 
                # 累加损失
                running_loss += train_loss.item()
                # 每行最大值的索引
                predict_y = torch.max(outputs, dim=1)[1]  
                # torch.eq()进行逐元素的比较，若相同位置的两个元素相同，则返回True；若不同，返回False
                train_acc += torch.eq(predict_y, labels.to(self.device)).sum().item()
                # 更新进度条
                train_bar.desc = "train epoch[{}/{}] loss:{:.3f}".format(epoch + 1,
                                                                         epochs,
                                                                         train_loss)
            # 下面是模型验证
            # 不启用 BatchNormalization 和 Dropout，保证BN和dropout不发生变化
            model.eval()
            # accumulate accurate number / epoch
            val_acc = 0.0  
            testing_loss = 0.0
            # 张量的计算过程中无需计算梯度
            with torch.no_grad():  
                val_bar = tqdm(validate_loader, file=sys.stdout)
                for val_data in val_bar:
                    # 获取图像及对应的真实标签
                    val_images, val_labels = val_data
                    # 得到预测的标签
                    outputs = model(val_images.to(self.device))
                    # 计算损失
                    val_loss = loss_function(outputs, val_labels.to(self.device))  
                    testing_loss += val_loss.item()
                    # 每行最大值的索引
                    predict_y = torch.max(outputs, dim=1)[1]  
                    # torch.eq()进行逐元素的比较，若相同位置的两个元素相同，则返回True；若不同，返回False
                    val_acc += torch.eq(predict_y, val_labels.to(self.device)).sum().item()
 
            train_loss = running_loss / train_steps
            train_accurate = train_acc / train_num
            test_loss = testing_loss / val_steps
            val_accurate = val_acc / val_num
 
            train_loss_history.append(train_loss)
            train_acc_history.append(train_accurate)
            test_loss_history.append(test_loss)
            test_acc_history.append(val_accurate)
 
            print('[epoch %d] train_loss: %.3f  val_accuracy: %.3f' %
                  (epoch + 1, train_loss, val_accurate))
            # 保存最佳模型
            if val_accurate > best_acc:
                best_acc = val_accurate
                torch.save(model.state_dict(), self.model_name)
 
        # 记录结束时间
        end_time = time()
        run_time = end_time - begin_time
        print('该循环程序运行时间：', run_time, "s")
        # 绘制模型训练过程图
        self.show_loss_acc(train_loss_history, train_acc_history,
                           test_loss_history, test_acc_history)
        # 画热力图
        test_real_labels, test_pre_labels = self.heatmaps(model, validate_loader, class_names)
        # 计算混淆矩阵
        self.calculate_confusion_matrix(test_real_labels, test_pre_labels, class_names)