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深度學習之基于DCGAN實作動漫人物的生成

2021-08-16 09:47:29 其他

:因為硬體原因,這次的實驗并沒有生成圖片,但是代碼應該是沒有問題的,可以參考學習一下,
本次基于DCGAN實作動漫人物的生成,最終的效果可以參考大神K同學啊的博客,與上篇文章基于DCGAN生成手寫數字的步驟基本一致,

1.匯入庫

import tensorflow as tf
import numpy as np
import glob,imageio,os,PIL,pathlib
import matplotlib.pyplot as plt

# 支持中文
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']  # 用來正常顯示中文標簽
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False  # 用來正常顯示負號

2.資料準備

data_dir = "E:/tmp/.keras/datasets/car_face_photos"
data_dir = pathlib.Path(data_dir)

pic_paths = list(data_dir.glob('*'))
pic_paths = [str(path) for path in pic_paths]
img_count = len(list(pic_paths))#共21551張圖片
plt.figure(figsize=(10, 5))
plt.suptitle("資料示例", fontsize=15)

for i in range(40):
    plt.subplot(5, 8, i + 1)
    plt.xticks([])
    plt.yticks([])

    # 顯示圖片
    images = plt.imread(pic_paths[i])
    plt.imshow(images)

plt.show()

查看圖片:
在這里插入圖片描述
資料預處理:
1.歸一化到[-1,1]之間
2.調整圖片大小為[64,64]
3.將資料按照batch_size劃分開,并打亂

#資料處理
def preprocess_image(image):
    image = tf.image.decode_jpeg(image,channels=3)
    image = tf.image.resize(image,[64,64])
    return (image - 127.5)/127.5
def load_and_preprocess_image(path):
    image = tf.io.read_file(path)
    return preprocess_image(image)

path_ds = tf.data.Dataset.from_tensor_slices(pic_paths)
image_ds = path_ds.map(load_and_preprocess_image,num_parallel_calls=tf.data.experimental.AUTOTUNE)

buffer_size = 60000
batch_size = 256
dataset = image_ds.shuffle(buffer_size).batch(batch_size)

3.生成器與判別器的構建

生成器采用tf.keras.layers.Conv2DTranspose(上采樣層)從噪聲資料中產生圖片,以一個使用該種子作為輸入的 Dense 層開始,然后多次上采樣直到達到所期望的 64x64x3 的圖片尺寸,模型如下所示:
在這里插入圖片描述
除了最后一層使用tanh作為激活函式外,其余的都采用LeakyReLU作為激活函式,

def Geberator_model():
    model = tf.keras.Sequential([])
    model.add(tf.keras.layers.Dense(4*4*1024,use_bias=False,input_shape=(100,)))
    model.add(tf.keras.layers.BatchNormalization())
    model.add(tf.keras.layers.LeakyReLU())
    model.add(tf.keras.layers.Reshape((4,4,1024)))
    assert model.output_shape == (None,4,4,1024)

    #1
    model.add(tf.keras.layers.Conv2DTranspose(512,(5,5),strides=(2,2),padding="same",use_bias=False))
    assert model.output_shape == (None,8,8,512)
    model.add(tf.keras.layers.BatchNormalization())
    model.add(tf.keras.layers.LeakyReLU())
    #2
    model.add(tf.keras.layers.Conv2DTranspose(256, (5, 5), strides=(2, 2), padding="same", use_bias=False))
    assert model.output_shape == (None, 16, 16, 256)
    model.add(tf.keras.layers.BatchNormalization())
    model.add(tf.keras.layers.LeakyReLU())
    #3
    model.add(tf.keras.layers.Conv2DTranspose(128, (5, 5), strides=(2, 2), padding='same', use_bias=False))
    assert model.output_shape == (None, 32, 32, 128)
    model.add(tf.keras.layers.BatchNormalization())
    model.add(tf.keras.layers.LeakyReLU())
    #4
    model.add(tf.keras.layers.Conv2DTranspose(3, (5, 5), strides=(2, 2), padding='same', use_bias=False, activation='tanh'))
    assert model.output_shape == (None, 64, 64, 3)

    return model
generator = Geberator_model()
generator.summary()
Model: "sequential"
_________________________________________________________________
Layer (type)                 Output Shape              Param #   
=================================================================
dense (Dense)                (None, 16384)             1638400   
_________________________________________________________________
batch_normalization (BatchNo (None, 16384)             65536     
_________________________________________________________________
leaky_re_lu (LeakyReLU)      (None, 16384)             0         
_________________________________________________________________
reshape (Reshape)            (None, 4, 4, 1024)        0         
_________________________________________________________________
conv2d_transpose (Conv2DTran (None, 8, 8, 512)         13107200  
_________________________________________________________________
batch_normalization_1 (Batch (None, 8, 8, 512)         2048      
_________________________________________________________________
leaky_re_lu_1 (LeakyReLU)    (None, 8, 8, 512)         0         
_________________________________________________________________
conv2d_transpose_1 (Conv2DTr (None, 16, 16, 256)       3276800   
_________________________________________________________________
batch_normalization_2 (Batch (None, 16, 16, 256)       1024      
_________________________________________________________________
leaky_re_lu_2 (LeakyReLU)    (None, 16, 16, 256)       0         
_________________________________________________________________
conv2d_transpose_2 (Conv2DTr (None, 32, 32, 128)       819200    
_________________________________________________________________
batch_normalization_3 (Batch (None, 32, 32, 128)       512       
_________________________________________________________________
leaky_re_lu_3 (LeakyReLU)    (None, 32, 32, 128)       0         
_________________________________________________________________
conv2d_transpose_3 (Conv2DTr (None, 64, 64, 3)         9600      
=================================================================
Total params: 18,920,320
Trainable params: 18,885,760
Non-trainable params: 34,560
_________________________________________________________________

判別器為基于CNN的圖片分類器

#判別器的構建
def Discriminator_model():
    model = tf.keras.Sequential([
        tf.keras.layers.Conv2D(128,(5,5),strides=(2,2),padding="same",input_shape=[64,64,1]),
        tf.keras.layers.LeakyReLU(),
        tf.keras.layers.Dropout(0.3),

        tf.keras.layers.Conv2D(128,(5,5),strides=(2,2),padding="same"),
        tf.keras.layers.LeakyReLU(),
        tf.keras.layers.Dropout(0.3),

        tf.keras.layers.Conv2D(256, (5, 5), strides=(2, 2), padding="same"),
        tf.keras.layers.LeakyReLU(),
        tf.keras.layers.Dropout(0.3),

        tf.keras.layers.Conv2D(512, (5, 5), strides=(2, 2), padding="same"),
        tf.keras.layers.LeakyReLU(),
        tf.keras.layers.Dropout(0.3),

        tf.keras.layers.Flatten(),
        tf.keras.layers.Dense(1,activation='sigmoid')
    ])
    return model
discriminator = Discriminator_model()
discriminator.summary()
Model: "sequential_1"
_________________________________________________________________
Layer (type)                 Output Shape              Param #   
=================================================================
conv2d (Conv2D)              (None, 32, 32, 128)       3328      
_________________________________________________________________
leaky_re_lu_4 (LeakyReLU)    (None, 32, 32, 128)       0         
_________________________________________________________________
dropout (Dropout)            (None, 32, 32, 128)       0         
_________________________________________________________________
conv2d_1 (Conv2D)            (None, 16, 16, 128)       409728    
_________________________________________________________________
leaky_re_lu_5 (LeakyReLU)    (None, 16, 16, 128)       0         
_________________________________________________________________
dropout_1 (Dropout)          (None, 16, 16, 128)       0         
_________________________________________________________________
conv2d_2 (Conv2D)            (None, 8, 8, 256)         819456    
_________________________________________________________________
leaky_re_lu_6 (LeakyReLU)    (None, 8, 8, 256)         0         
_________________________________________________________________
dropout_2 (Dropout)          (None, 8, 8, 256)         0         
_________________________________________________________________
conv2d_3 (Conv2D)            (None, 4, 4, 512)         3277312   
_________________________________________________________________
leaky_re_lu_7 (LeakyReLU)    (None, 4, 4, 512)         0         
_________________________________________________________________
dropout_3 (Dropout)          (None, 4, 4, 512)         0         
_________________________________________________________________
flatten (Flatten)            (None, 8192)              0         
_________________________________________________________________
dense_1 (Dense)              (None, 1)                 8193      
=================================================================
Total params: 4,518,017
Trainable params: 4,518,017
Non-trainable params: 0
_________________________________________________________________

4.loss值與優化器

計算交叉熵

cross_entropy = tf.keras.losses.BinaryCrossentropy(from_logits=True)

因為分為判別器的生成器,因此loss值的計算方式也是不同的,
判別器的loss值:判斷真實圖片為1的loss與判斷生成圖片為0的loss之和,因為判別器希望將真實圖片判別為1,將生成圖片判別為0.
生成器的loss值:判斷生成圖片為1的loss,因為生成器希望生成的圖片是真實圖片,即判別為1.

def Discriminator_loss(real_out,fake_out):
    real_loss = cross_entropy(tf.ones_like(real_out),real_out)
    fake_loss = cross_entropy(tf.zeros_like(fake_out),fake_out)
    return real_loss+fake_loss
def Generator_loss(fake_out):
    return cross_entropy(tf.ones_like(fake_out),fake_out)

優化器也分為兩個:

generator_opt = tf.keras.optimizers.Adam(learning_rate=1e-4)
discriminator_opt = tf.keras.optimizers.Adam(learning_rate=1e-4)

引數設定

epochs = 600
noise_dim = 100
num_exp_to_generate = 16

seed = tf.random.normal([num_exp_to_generate,noise_dim])

5.批次訓練

訓練回圈在生成器接收到一個隨機種子作為輸入時開始,該種子用于生產一張圖片,判別器隨后被用于區分真實圖片(選自訓練集)和偽造圖片(由生成器生成),針對這里的每一個模型都計算損失函式,并且計算梯度用于更新生成器與判別器,

def train_step(images):
    noise = tf.random.normal([batch_size,noise_dim])#生成一個batch_size*noise_dim的資料,相當于生成了batch_size個長度為100的隨機向量
    with tf.GradientTape() as gen_tape,tf.GradientTape() as dis_tape:#兩個Tape,一個代表生成器,一個代表判別器,
        real_out = discriminator(images,training = True)#利用判別器對真實的圖片進行訓練,得到一個model
        gen_image = generator(noise,training = True)#利用生成器對噪聲資料生成圖片
        fake_out = discriminator(gen_image, training=True)#利用判別器對生成的圖片進行訓練

        gen_loss = Generator_loss(fake_out)#利用判別器對生成圖片的判斷計算生成器的loss值
        dis_loss = Discriminator_loss(real_out,fake_out)##利用判別器對生成圖片和真實圖片的判斷計算判別器的loss值
    gradient_gen = gen_tape.gradient(gen_loss,generator.trainable_variables)#根據生成器的loss值和網路模型計算梯度
    gradient_dis = dis_tape.gradient(dis_loss, discriminator.trainable_variables)#根據判別器的loss值和網路模型計算梯度
    Generator_opt.apply_gradients(zip(gradient_gen,generator.trainable_variables))#根據梯度對生成器進行梯度更新
    Discriminator_opt.apply_gradients(zip(gradient_dis,discriminator.trainable_variables))#根據梯度對判別器進行梯度更新

可視化圖片并保存到本地

def Generator_plot_image(gen_model,test_noise,epoch):
    pre_images = gen_model.predict(test_noise,training = False)
    fig = plt.figure(figsize=(4,4))
    for i in range(pre_images.shape[0]):
        plt.subplot(4,4,i+1)
        plt.imshow((pre_images[i,:,:,0]+1)/2)
        plt.axis('off')
    fig.savefig("E:/tmp/.keras/datasets/cartoon_photos_gen_DCGAN/%05d.png" % epoch)
    plt.close()

訓練模型:

def train(dataset,epochs):
    for epoch in range(epochs):
        for image_batch in dataset:
            train_step(image_batch)
        print('.',end='')
    print()
    Generator_plot_image(generator,seed,epoch)
train(dataset,epochs)

也可以用來生成其他的圖片,可以起到資料增強的效果,
努力加油a啊

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/qita/293868.html

標籤:AI

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    1. 下載Halcon17版本到到本地 2. 雙擊安裝包后 3. 步驟如下 1.2 Halcon軟體安裝 界面分為四大塊 1. Halcon的五個助手 1) 影像采集助手:與相機連接,設定相機引數,采集影像 2) 標定助手:九點標定或是其它的標定,生成標定檔案及內參外參,可以將像素單位轉換為長度單位 ......

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  • 在MacOS下使用Unity3D開發游戲

    第一次發博客,先發一下我的游戲開發環境吧。 去年2月份買了一臺MacBookPro2021 M1pro(以下簡稱mbp),這一年來一直在用mbp開發游戲。我大致分享一下我的開發工具以及使用體驗。 1、Unity 官網鏈接: https://unity.cn/releases 我一般使用的Apple ......

    uj5u.com 2023-04-20 07:40:19 more