毕设项目分享 深度学习水果识别

1 前言

Hi，大家好，这里是丹成学长，今天做一个 基于深度学习的水果识别毕业设计

项目运行效果：

🧿 项目分享:见文末!

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。

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。

学长本次采用的 CNN 架构如图：

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

测试集预览

数据集目录结构

5 部分关键代码

5.1 处理训练集的数据结构

importosimportpandasaspd train_dir='./Training/'test_dir='./Test/'fruits=[]fruits_image=[]foriinos.listdir(train_dir):forimage_filenameinos.listdir(train_dir+i):fruits.append(i)# name of the fruitfruits_image.append(i+'/'+image_filename)train_fruits=pd.DataFrame(fruits,columns=["Fruits"])train_fruits["Fruits Image"]=fruits_imageprint(train_fruits)

5.2 模型网络结构

importmatplotlib.pyplotaspltimportseabornassnsfromkeras.preprocessing.imageimportImageDataGenerator,img_to_array,load_imgfromglobimportglobfromkeras.modelsimportSequentialfromkeras.layersimportConv2D,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))# outputmodel.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=100batch_size=32train_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")fordata_batch,labels_batchintrain_generator:print("data_batch shape --> ",data_batch.shape)print("labels_batch shape --> ",labels_batch.shape)breakhist=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.h5model.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()

6 识别效果

fromtensorflow.keras.modelsimportload_modelimportosimportpandasaspdfromkeras.preprocessing.imageimportImageDataGenerator,img_to_array,load_imgimportcv2,matplotlib.pyplotasplt,numpyasnpfromkeras.preprocessingimportimage 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=32img=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./255x=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)

fig=plt.figure(figsize=(16,16))axes=[]files=[]predictions=[]true_labels=[]rows=5cols=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(lambdax: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=[fforfinos.listdir(file_path)ifos.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)returnimage.load_img(final_path,target_size=(img_width,img_height)),final_path,path_classdefdraw_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)returnexpanded_image IMG_ROWS,IMG_COLS=100,100# predicting imagesforiinrange(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./255x=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:kfork,vinclass_labels.items()}class_list=list(class_labels.values())foriinrange(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()

项目运行效果：

🧿 项目分享:见文末!