【问题标题】:Replace stride layers in MobileNet application in Keras在 Keras 的 MobileNet 应用程序中替换跨步层
【发布时间】:2021-05-09 00:56:17
【问题描述】:

我想在39 x 39 大小的图像上申请Keras MobileNetV2 以对3 类别进行分类。我的图像代表热图(例如,在键盘上按下了哪些键)。我认为MobileNet 旨在处理大小为224 x 224 的图像。我不会使用迁移学习,而是从头开始训练模型。

为了让MobileNet 处理我的图像,我想用stride 1 替换前三个stride 2 卷积。我有以下代码:

from tensorflow.keras.applications import MobileNetV2

base_model = MobileNetV2(weights=None, include_top=False, 
                         input_shape=[39,39,3])
x = base_model.output
x = GlobalAveragePooling2D()(x)
x = Dropout(0.5)(x)
output_tensor = Dense(3, activation='softmax')(x)
cnn_model = Model(inputs=base_model.input, outputs=output_tensor)

opt = Adam(lr=learning_rate)
cnn_model.compile(loss='categorical_crossentropy', 
             optimizer=opt, metrics=['accuracy', tf.keras.metrics.AUC()])

如何在不自己构建 MobileNet 的情况下将前三个 stride 2 卷积替换为 stride 1

【问题讨论】:

  • 为什么不调整图片大小?
  • @SoheilStar 调整图像大小时效率较低(图像越大,运行时间和内存消耗就会增加)。

标签: tensorflow machine-learning keras deep-learning mobilenet


【解决方案1】:

这是满足您需求的一种解决方法,但我认为可能有一种更通用的方法。但是,在MobileNetV2 中,只有一个conv 层与strides 2。如果你关注源代码,here

 x = layers.Conv2D(
      first_block_filters,
      kernel_size=3,
      strides=(2, 2),
      padding='same',
      use_bias=False,
      name='Conv1')(img_input)
  x = layers.BatchNormalization(
      axis=channel_axis, epsilon=1e-3, momentum=0.999, name='bn_Conv1')(
          x)
  x = layers.ReLU(6., name='Conv1_relu')(x)

其余块定义如下

  x = _inverted_res_block(
      x, filters=16, alpha=alpha, stride=1, expansion=1, block_id=0)
  x = _inverted_res_block(
      x, filters=24, alpha=alpha, stride=2, expansion=6, block_id=1)
  x = _inverted_res_block(
      x, filters=24, alpha=alpha, stride=1, expansion=6, block_id=2)

所以,这里我将用stride=(2, 2)处理第一个conv。这个想法很简单,我们将在内置模型的正确位置添加一个新层,然后删除所需的层

def _make_divisible(v, divisor, min_value=None):
    if min_value is None:
        min_value = divisor
    new_v = max(min_value, int(v + divisor / 2) // divisor * divisor)
    # Make sure that round down does not go down by more than 10%.
    if new_v < 0.9 * v:
        new_v += divisor
    return new_v
alpha = 1.0
first_block_filters = _make_divisible(32 * alpha, 8)

inputLayer = tf.keras.Input(shape=(39, 39, 3), name="inputLayer")
inputcOonv = tf.keras.layers.Conv2D(
                first_block_filters,
                kernel_size=3,
                strides=(1, 1),
                padding='same',
                use_bias=False,
                name='Conv1_'
        )(inputLayer)

上面的_make_divisible函数简单的来源于源码。无论如何,现在我们将这一层归为MobileNetV2 就在第一个conv 层之前,如下所示:

base_model = tf.keras.applications.MobileNetV2(weights=None, 
                            include_top=False, 
                            input_tensor = inputcOonv)
x = base_model.output
x = GlobalAveragePooling2D()(x)
x = Dropout(0.5)(x)
output_tensor = Dense(3, activation='softmax')(x)
cnn_model = Model(inputs=base_model.input, outputs=output_tensor)

现在,如果我们观察

for i, l in enumerate(cnn_model.layers):
    print(l.name, l.output_shape)
    if i == 8: break

inputLayer [(None, 39, 39, 3)]
Conv1_ (None, 39, 39, 32)
Conv1 (None, 20, 20, 32)
bn_Conv1 (None, 20, 20, 32)
Conv1_relu (None, 20, 20, 32)
expanded_conv_depthwise (None, 20, 20, 32)
expanded_conv_depthwise_BN (None, 20, 20, 32)
expanded_conv_depthwise_relu (None, 20, 20, 32)
expanded_conv_project (None, 20, 20, 16)

层名Conv1_Conv1分别是新层(strides = 1)和旧层(strides = 2)。根据我们的需要,现在我们删除层Conv1strides = 2,如下所示:

cnn_model._layers.pop(2) # remove Conv1

for i, l in enumerate(cnn_model.layers):
    print(l.name, l.output_shape)
    if i == 8: break

inputLayer [(None, 39, 39, 3)]
Conv1_ (None, 39, 39, 32)
bn_Conv1 (None, 20, 20, 32)
Conv1_relu (None, 20, 20, 32)
expanded_conv_depthwise (None, 20, 20, 32)
expanded_conv_depthwise_BN (None, 20, 20, 32)
expanded_conv_depthwise_relu (None, 20, 20, 32)
expanded_conv_project (None, 20, 20, 16)
expanded_conv_project_BN (None, 20, 20, 16)

现在,您的cnn_model 模型在其第一个conv 层上有strides = 1。但是,如果您想知道这种方法和可能的问题,请参阅我与此相关的其他答案。 Remove first N layers from a Keras Model?

【讨论】:

  • 非常感谢您的回答。我看到五个步幅 2。步幅为 2 的有四个倒置 res 块,请参阅x = _inverted_res_block(x, filters=24, alpha=alpha, stride=2, expansion=6, block_id=1)。我怎样才能将这些更改为步幅 1?
  • 那么,您想为所有情况创建stride = 2 to 1 吗?上述解决方法更像是 layer-space 解决方案(修改层),而不是 hyperparameter-space(步幅、填充等)。 AFAIK,如果不披露足够多的预训练模型,则没有可行的方法这样做。因此,我只是建议您获取相关的源代码并根据您的需要进行修改。
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