【图像分类】基于卷积神经网络实现花朵图像分类附matlab代码

本文介绍了如何使用Matlab进行图像分类,包括基于CNN的基础分类器、数据增强技术以及迁移学习的应用。通过创建ImageDataStore,训练和验证数据集,以及使用预训练的AlexNet进行迁移学习,对比了不同方法对分类准确率的影响。数据增强提高了模型的泛化能力,而迁移学习则显著提升了模型在有限数据上的表现。

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⛄ 内容介绍

在图片搜索应用中,与基于时间,地点或关键词查找等成熟的搜索方式相比,基于图片内容的搜索具有更加直观快捷的特点.因此,利用图像分类技术实现基于图像内容的搜索成为一个日益受到关注的研究领域.一般地,机器学习中的分类算法可以分为两类:基于人为构造特征的分类方法,如K近邻算法,支持向量机等;以及以卷积神经网络为基础的,不需要人为设计特征的深度学习方法.

⛄ 部分代码

%% Flower Classifier using a CNN and data augmentation

%% PART 1: Baseline Classifier

%% Create image data store

imds = imageDatastore(fullfile('Flowers'),...

'IncludeSubfolders',true,'FileExtensions','.jpg','LabelSource','foldernames');

% Count number of images per label and save the number of classes

labelCount = countEachLabel(imds);

numClasses = height(labelCount);

%% Create training and validation sets

[imdsTrainingSet, imdsValidationSet] = splitEachLabel(imds, 0.7, 'randomize');

%% Build a simple CNN 

imageSize = [227 227 3];

% Specify the convolutional neural network architecture.

layers = [

    imageInputLayer(imageSize)

    

    convolution2dLayer(3,8,'Padding','same')

    batchNormalizationLayer

    reluLayer   

    

    maxPooling2dLayer(2,'Stride',2)

    

    convolution2dLayer(3,16,'Padding','same')

    batchNormalizationLayer

    reluLayer   

    

    maxPooling2dLayer(2,'Stride',2)

    

    convolution2dLayer(3,32,'Padding','same')

    batchNormalizationLayer

    reluLayer   

    

    fullyConnectedLayer(4)

    softmaxLayer

    classificationLayer];

%% Specify training options 

options = trainingOptions('sgdm', ...

    'MiniBatchSize',10, ...

    'MaxEpochs',6, ...

    'InitialLearnRate',1e-4, ...

    'Shuffle','every-epoch', ...

    'ValidationData',imdsValidationSet, ...

    'ValidationFrequency',3, ...

    'Verbose',false, ...

    'Plots','training-progress');

%% Train the network

net1 = trainNetwork(imdsTrainingSet,layers,options);

%% Report accuracy of baseline classifier on validation set

YPred = classify(net1,imdsValidationSet);

YValidation = imdsValidationSet.Labels;

imdsAccuracy = sum(YPred == YValidation)/numel(YValidation);

%% Plot confusion matrix

figure, plotconfusion(YValidation,YPred)

%% PART 2: Baseline Classifier with Data Augmentation

%% Create augmented image data store

% Specify data augmentation options and values/ranges

imageAugmenter = imageDataAugmenter( ...

    'RandRotation',[-20,20], ...

    'RandXTranslation',[-5 5], ...

    'RandYTranslation',[-5 5]);

% Apply transformations (using randomly picked values) and build augmented

% data store

augImds = augmentedImageDatastore(imageSize,imdsTrainingSet, ...

    'DataAugmentation',imageAugmenter);

% (OPTIONAL) Preview augmentation results 

batchedData = preview(augImds);

figure, imshow(imtile(batchedData.input))

    

%% Train the network. 

net2 = trainNetwork(augImds,layers,options);

%% Report accuracy of baseline classifier with image data augmentation

YPred = classify(net2,imdsValidationSet);

YValidation = imdsValidationSet.Labels;

augImdsAccuracy = sum(YPred == YValidation)/numel(YValidation);

%% Plot confusion matrix

figure, plotconfusion(YValidation,YPred)

%% PART 3: Transfer Learning without Data Augmentation

%% Load pretrained AlexNet

net = alexnet;

%% Replace final layers

layersTransfer = net.Layers(1:end-3);

layers = [

    layersTransfer

    fullyConnectedLayer(numClasses,'WeightLearnRateFactor',20,'BiasLearnRateFactor',20)

    softmaxLayer

    classificationLayer];

%% Train network

options = trainingOptions('sgdm', ...

    'MiniBatchSize',10, ...

    'MaxEpochs',6, ...

    'InitialLearnRate',1e-4, ...

    'Shuffle','every-epoch', ...

    'ValidationData',imdsValidationSet, ...

    'ValidationFrequency',3, ...

    'Verbose',false, ...

    'Plots','training-progress');

netTransfer1 = trainNetwork(imdsTrainingSet,layers,options);

%% Compute accuracy and plot confusion matrix

YPred = classify(netTransfer1,imdsValidationSet);

YValidation = imdsValidationSet.Labels;

netTransfer1BaselineAccuracy = sum(YPred == YValidation)/numel(YValidation);

figure, plotconfusion(YValidation,YPred)

%% PART 4: Transfer Learning with Data Augmentation

%% Train network

netTransfer2 = trainNetwork(augImds,layers,options);

%% Compute accuracy and plot confusion matrix

YPred = classify(netTransfer2,imdsValidationSet);

YValidation = imdsValidationSet.Labels;

netTransfer2BaselineAccuracy = sum(YPred == YValidation)/numel(YValidation);

figure, plotconfusion(YValidation,YPred)

⛄ 运行结果

⛄ 参考文献

[1]李晓普. 基于卷积神经网络的图像分类[D]. 大连理工大学, 2015.

⛄ 完整代码

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