[PYTHON] [Enquête] MobileNets: Réseaux de neurones à convolution efficaces pour les applications de vision mobile
Quant à ce que c'est, si vous utilisez GoogleNet ou VGG16, les performances de reconnaissance d'objets seront bonnes, mais il est difficile d'utiliser les téléphones portables car ils n'ont pas beaucoup de mémoire et de vitesse de calcul. Comme l'une des solutions à ces problèmes, Google semble avoir créé un réseau MobileNet [^ 1] qui peut prendre un compromis entre le temps de calcul, la mémoire et les performances, alors je l'ai étudié.
Qu'est-ce que MobileNet?
Fonctionnalité
- La taille du réseau est petite
- Temps d'apprentissage court
- Performances assez bonnes --Il n'y a aucun problème si la taille d'image des données d'entrée est de 32 ou plus
- Les paramètres d'hyper $ \ alpha $ sont préparés, ce qui est un compromis entre le montant du calcul et les performances. --Implémenté avec Keras [^ 3] --Keras prépare 16 modèles de modèles entraînés dans ImageNet avec des tailles d'image de 224, 192, 160, 128 et $ \ alpha $ de 1,0, 0,75, 0,5, 0,25.
Comment ça fonctionne
- La quantité de calcul est réduite en combinant le filtre de convolution Depthwise et le filtre de convolution 1x1 au lieu du filtre de convolution conventionnel.
-
De manière conventionnelle, un filtre de convolution est préparé pour le nombre de canaux (sortie) par taille de noyau x taille de noyau x nombre de canaux (entrée), mais la convolution est effectuée.
-
Dans MobileNet, un filtre de convolution de taille de noyau x taille de noyau x1 est préparé pour le nombre de canaux (entrée) et la convolution est effectuée.
-
Ensuite, préparez un filtre de convolution 1x1x canal (entrée) pour le nombre de canaux (sortie) et convolution. Cela réalise un traitement similaire à la convolution conventionnelle.
Cité sur MobileNets [^ 1]
Structure du réseau
Structure lorsque $ \ alpha = 0,5 $ en CIFAR10.
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Layer (type) Output Shape Param #
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input_1 (InputLayer) (None, 32, 32, 3) 0
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conv1 (Conv2D) (None, 16, 16, 16) 432
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conv1_bn (BatchNormalization (None, 16, 16, 16) 64
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conv1_relu (Activation) (None, 16, 16, 16) 0
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conv_dw_1 (DepthwiseConv2D) (None, 16, 16, 16) 144
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conv_dw_1_bn (BatchNormaliza (None, 16, 16, 16) 64
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conv_dw_1_relu (Activation) (None, 16, 16, 16) 0
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conv_pw_1 (Conv2D) (None, 16, 16, 32) 512
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conv_pw_1_bn (BatchNormaliza (None, 16, 16, 32) 128
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conv_pw_1_relu (Activation) (None, 16, 16, 32) 0
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conv_dw_2 (DepthwiseConv2D) (None, 8, 8, 32) 288
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conv_dw_2_bn (BatchNormaliza (None, 8, 8, 32) 128
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conv_dw_2_relu (Activation) (None, 8, 8, 32) 0
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conv_pw_2 (Conv2D) (None, 8, 8, 64) 2048
_________________________________________________________________
conv_pw_2_bn (BatchNormaliza (None, 8, 8, 64) 256
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conv_pw_2_relu (Activation) (None, 8, 8, 64) 0
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...
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conv_dw_13 (DepthwiseConv2D) (None, 1, 1, 512) 4608
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conv_dw_13_bn (BatchNormaliz (None, 1, 1, 512) 2048
_________________________________________________________________
conv_dw_13_relu (Activation) (None, 1, 1, 512) 0
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conv_pw_13 (Conv2D) (None, 1, 1, 512) 262144
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conv_pw_13_bn (BatchNormaliz (None, 1, 1, 512) 2048
_________________________________________________________________
conv_pw_13_relu (Activation) (None, 1, 1, 512) 0
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global_average_pooling2d_1 ( (None, 512) 0
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reshape_1 (Reshape) (None, 1, 1, 512) 0
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dropout (Dropout) (None, 1, 1, 512) 0
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conv_preds (Conv2D) (None, 1, 1, 10) 5130
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act_softmax (Activation) (None, 1, 1, 10) 0
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reshape_2 (Reshape) (None, 10) 0
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Total params: 834,666
Trainable params: 823,722
Non-trainable params: 10,944
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Environnement de vérification
- Keras 2.0.6
Exemple de code
- $ \ alpha = 1,0 $ et val_acc = 87%
- $ \ alpha = 0,5 $ et val_acc = 81% C'était un endroit comme ça.
import keras
from keras.datasets import cifar10
from keras.preprocessing.image import ImageDataGenerator
from keras.applications import MobileNet
batch_size = 32
classes = 10
epochs = 200
(X_train, y_train), (X_test, y_test) = cifar10.load_data()
Y_train = keras.utils.to_categorical(y_train, classes)
Y_test = keras.utils.to_categorical(y_test, classes)
img_input = keras.layers.Input(shape=(32, 32, 3))
model = MobileNet(input_tensor=img_input, alpha=0.5, weights=None, classes=classes)
model.compile(loss='categorical_crossentropy', optimizer="nadam", metrics=['accuracy'])
X_train = X_train.astype('float32') / 255
X_test = X_test.astype('float32') / 255
datagen = ImageDataGenerator(
featurewise_center=False, # set input mean to 0 over the dataset
samplewise_center=False, # set each sample mean to 0
featurewise_std_normalization=False, # divide inputs by std of the dataset
samplewise_std_normalization=False, # divide each input by its std
zca_whitening=False, # apply ZCA whitening
rotation_range=0, # randomly rotate images in the range (degrees, 0 to 180)
width_shift_range=0.1, # randomly shift images horizontally (fraction of total width)
height_shift_range=0.1, # randomly shift images vertically (fraction of total height)
horizontal_flip=True, # randomly flip images
vertical_flip=False) # randomly flip images
datagen.fit(X_train)
model.fit_generator(datagen.flow(X_train, Y_train, batch_size=batch_size),
steps_per_epoch=X_train.shape[0] // batch_size,
epochs=epochs,
validation_data=(X_test, Y_test))
Remarques
- Actuellement, le backend doit être TensorFlow. --Il y a aussi input_shape comme argument, mais en ce qui concerne le code, cela ne fonctionnera pas à moins qu'il ne soit 224, 192, 160, 128, il semble donc préférable d'utiliser input_tensor tranquillement.
Résultats expérimentaux avec ImageNet
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Width Multiplier (alpha) | ImageNet Acc | Multiply-Adds (M) | Params (M)
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| 1.0 MobileNet-224 | 70.6 % | 529 | 4.2 |
| 0.75 MobileNet-224 | 68.4 % | 325 | 2.6 |
| 0.50 MobileNet-224 | 63.7 % | 149 | 1.3 |
| 0.25 MobileNet-224 | 50.6 % | 41 | 0.5 |
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-En réduisant $ \ alpha $, il est possible de réduire considérablement les paramètres.
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Resolution | ImageNet Acc | Multiply-Adds (M) | Params (M)
------------------------------------------------------------------------
| 1.0 MobileNet-224 | 70.6 % | 529 | 4.2 |
| 1.0 MobileNet-192 | 69.1 % | 529 | 4.2 |
| 1.0 MobileNet-160 | 67.2 % | 529 | 4.2 |
| 1.0 MobileNet-128 | 64.4 % | 529 | 4.2 |
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- Le nombre de paramètres ne change pas même si la taille de l'image change.
Résumé
――MobileNet est un réseau qui peut faire un compromis entre les performances et le montant du calcul.
References
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