首頁 > 科技週邊 > 人工智慧 > Python深度學習18-生成式深度學習之DeepDream

Python深度學習18-生成式深度學習之DeepDream

WBOY
發布: 2023-04-16 21:34:01
轉載
1702 人瀏覽過

DeepDream簡介

DeepDream是一種藝術性的圖像修改技術,主要是基於訓練好的捲積神經網路CNN進行圖片的生成。

在生成圖片時,神經網路是凍結的,也就是網路的權重不再更新,只需要更新輸入的圖片。常用的預訓練卷積網路包括Google的Inception、VGG網路和ResNet網路等。

DeePDream的基本步驟:

  • 取得輸入圖片
  • #將圖片輸入網絡,得到所希望可視化的神經元的輸出值
  • #計算神經元輸出值對圖片各像素的梯度
  • 使用梯度下降不斷更新圖片

重複第2、3、4步,直到滿足所設定的條件

以下是使用Keras實作DeepDream的大致流程:

用Keras實作DeepDream

取得測試圖片

In [1]:

# ---------------
from tensorflow import keras
import matplotlib.pyplot as plt
%matplotlib inline

base_image_path = keras.utils.get_file(
"coast.jpg", 
origin="https://img-datasets.s3.amazonaws.com/coast.jpg")

plt.axis("off")
plt.imshow(keras.utils.load_img(base_image_path))
plt.show()
登入後複製

Python深度學習18-生成式深度學習之DeepDream

上面是Keras自帶的一張海岸線的圖片。下面就是對這張圖進行變化。

準備預訓練模型InceptionV3

In [2]:

# 使用Inception V3实现
from keras.applications import inception_v3

# 使用预训练的ImageNet权重来加载模型
model = inception_v3.InceptionV3(weights="imagenet", # 构建不包含全连接层的Inceptino 
 include_top=False)
Downloading data from https://storage.googleapis.com/tensorflow/keras-applications/inception_v3/inception_v3_weights_tf_dim_ordering_tf_kernels_notop.h5
87916544/87910968 [==============================] - 74s 1us/step
87924736/87910968 [==============================] - 74s 1us/step
登入後複製

In [3]:

model.summary()
登入後複製

Python深度學習18-生成式深度學習之DeepDream

設定DeepDream設定

In [4]:

# 层的名称 + 系数:该层对需要最大化的损失的贡献大小

layer_settings = {"mixed4":1.0, 
"mixed5":1.5,
"mixed6":2.0,
"mixed7":2.5}

outputs_dict = dict(
[
(layer.name, layer.output) # 层的名字 + 该层的输出
for layer in [model.get_layer(name) for name in layer_settings.keys()]
]
)

outputs_dict
登入後複製

Out[4]:

{'mixed4': <KerasTensor: shape=(None, None, None, 768) dtype=float32 (created by layer 'mixed4')>,
 'mixed5': <KerasTensor: shape=(None, None, None, 768) dtype=float32 (created by layer 'mixed5')>,
 'mixed6': <KerasTensor: shape=(None, None, None, 768) dtype=float32 (created by layer 'mixed6')>,
 'mixed7': <KerasTensor: shape=(None, None, None, 768) dtype=float32 (created by layer 'mixed7')>}
登入後複製

In [5]:

# 特征提取

feature_extractor = keras.Model(inputs=model.inputs, outputs=outputs_dict)
feature_extractor
登入後複製

Out[5]:

<keras.engine.functional.Functional at 0x15b5ff0d0>
登入後複製

計算損失

In [6]:

def compute_loss(image):
features = feature_extractor(image)# 特征提取
loss = tf.zeros(shape=())# 损失初始化

for name in features.keys():# 遍历层
coeff = layer_settings[name] # 某个层的系数
activation = features[name]# 某个层的激活函数
#为了避免出现边界伪影,损失中仅包含非边界的像素
loss += coeff * tf.reduce_mean(tf.square(activation[:, 2:-2, 2:-2, :])) # 将该层的L2范数添加到loss中;
return loss
登入後複製

梯度上升過程

In [7]:

import tensorflow as tf

@tf.function
def gradient_ascent_step(image, lr): # lr--->learning_rate学习率
with tf.GradientTape() as tape:
tape.watch(image)
loss = compute_loss(image)# 调用计算损失方法
grads = tape.gradient(loss, image)# 梯度更新
grads = tf.math.l2_normalize(grads)
image += lr * grads
return loss, image

def gradient_ascent_loop(image, iterations, lr, max_loss=None):
for i in range(iterations):
loss, image = gradient_ascent_step(image, lr)
if max_loss is not None and loss > max_loss:
break
print(f"第{i}步的损失值是{loss:.2f}")

return image
登入後複製

圖片產生

np.expand_dims用法(個人新增)

#In [8]:

import numpy as np

array = np.array([[1,2,3],
[4,5,6]]
)
array
登入後複製

Out[8]:

array([[1, 2, 3],
 [4, 5, 6]])
登入後複製

In [9]:

array.shape
登入後複製

Out[9]:

(2, 3)
登入後複製

In [10]:

array1 = np.expand_dims(array,axis=0)
array1
登入後複製

Out[10]:

array([[[1, 2, 3],
[4, 5, 6]]])
登入後複製

In [ 11]:

array1.shape
登入後複製

Out[11]:

(1, 2, 3)
登入後複製

In [12]:

array2 = np.expand_dims(array,axis=1)
array2
登入後複製

Out[12]:

array([[[1, 2, 3]],

 [[4, 5, 6]]])
登入後複製

In [13] :

array2.shape
登入後複製

Out[13]:

(2, 1, 3)
登入後複製

In [14]:

array3 = np.expand_dims(array,axis=-1)
array3
登入後複製

Out[14]:

array([[[1],
[2],
[3]],

 [[4],
[5],
[6]]])
登入後複製

In [15]:

array3.shape
登入後複製

Out[15]:

(2, 3, 1)
登入後複製

np.clip功能(個人新增)

np.clip(
array, 
min(array), 
max(array), 
out=None):
登入後複製

In [16]:

array = np.array([1,2,3,4,5,6])

np.clip(array, 2, 5)# 输出长度和原数组相同
登入後複製

Out[16]:

array([2, 2, 3, 4, 5, 5])
登入後複製

In [17]:

array = np.arange(18).reshape((6,3))
array
登入後複製

Out[17]:

array([[ 0,1,2],
 [ 3,4,5],
 [ 6,7,8],
 [ 9, 10, 11],
 [12, 13, 14],
 [15, 16, 17]])
登入後複製

In [18]:

np.clip(array, 5, 15)
登入後複製

Out[18]:

array([[ 5,5,5],
 [ 5,5,5],
 [ 6,7,8],
 [ 9, 10, 11],
 [12, 13, 14],
 [15, 15, 15]])
登入後複製

參數設定

In [19]:

step = 20.#梯度上升的步长
num_octave = 3# 运行梯度上升的尺度个数
octave_scale = 1.4# 两个尺度间的比例大小
iterations = 30# 在每个尺度上运行梯度上升的步数
max_loss = 15.# 损失值若大于15,则中断梯度上升过程
登入後複製

圖片預處理

In [20]:

import numpy as np

def preprocess_image(image_path):# 预处理
img = keras.utils.load_img(image_path)# 导入图片
img = keras.utils.img_to_array(img)# 转成数组
img = np.expand_dims(img, axis=0)# 增加数组维度;见上面解释(x,y) ---->(1,x,y)
img = keras.applications.inception_v3.preprocess_input(img) 
return img


def deprocess_image(img):# 图片压缩处理
img = img.reshape((img.shape[1], img.shape[2], 3))
img /= 2.0
img += 0.5
img *= 255.
# np.clip:截断功能,保证数组中的取值在0-255之间
img = np.clip(img, 0, 255).astype("uint8")
return img
登入後複製

產生圖片

In [21]:

# step = 20.#梯度上升的步长
# num_octave = 3# 运行梯度上升的尺度个数
# octave_scale = 1.4# 两个尺度间的比例大小
# iterations = 30# 在每个尺度上运行梯度上升的步数
# max_loss = 15.0# 损失值若大于15,则中断梯度上升过程

original_img = preprocess_image(base_image_path)# 预处理函数
original_shape = original_img.shape[1:3]

print(original_img.shape)# 四维图像
print(original_shape)# 第2和3维度的值
(1, 900, 1200, 3)
(900, 1200)
登入後複製

In [22]:

successive_shapes = [original_shape]

for i in range(1, num_octave):
shape = tuple([int(dim / (octave_scale ** i)) for dim in original_shape])
successive_shapes.append(shape)
successive_shapes = successive_shapes[::-1]# 翻转

shrunk_original_img = tf.image.resize(original_img, successive_shapes[0])

img = tf.identity(original_img)
for i, shape in enumerate(successive_shapes):
print(f"Processing octave {i} with shape {shape}")
# resize
img = tf.image.resize(img, shape)
img = gradient_ascent_loop(# 梯度上升函数调用
img, 
iteratinotallow=iterations, 
lr=step, 
max_loss=max_loss
)
# resize
upscaled_shrunk_original_img = tf.image.resize(shrunk_original_img, shape)
same_size_original = tf.image.resize(original_img, shape)

lost_detail = same_size_original - upscaled_shrunk_original_img
img += lost_detail
shrunk_original_img = tf.image.resize(original_img, shape)

keras.utils.save_img("dream.png", deprocess_image(img.numpy()))
登入後複製

結果為:

Processing octave 0 with shape (459, 612)
第0步的损失值是0.80
第1步的损失值是1.07
第2步的损失值是1.44
第3步的损失值是1.82
......
第26步的损失值是11.44
第27步的损失值是11.72
第28步的损失值是12.03
第29步的损失值是12.49
登入後複製

同時在本地產生了新圖片,請看下效果:

Python深度學習18-生成式深度學習之DeepDream

再看一眼原圖:相對比之下,新圖有點夢幻的味道!

Python深度學習18-生成式深度學習之DeepDream


以上是Python深度學習18-生成式深度學習之DeepDream的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章!

相關標籤:
來源:51cto.com
本網站聲明
本文內容由網友自願投稿,版權歸原作者所有。本站不承擔相應的法律責任。如發現涉嫌抄襲或侵權的內容,請聯絡admin@php.cn
最新問題
熱門教學
更多>
最新下載
更多>
網站特效
網站源碼
網站素材
前端模板