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画像分類（ResNet50，Python 3.6, TensorFlow 1.15 を使用）

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用語：

手順の要点: Python 3.6, TensorFlow 1.15, Python の仮想環境（Windows では C:\venv\tf115py36）

ソフトウエア等の利用条件は，利用者で確認すること．

謝辞：ソフトウエアの作者に感謝します．

前準備

Python 3.6 のインストール，pip と setuptools の更新

※ TensorFlow 1.15.3 に対応する Python は，3.6 や 3.7 など（3.8 は対応していない）（2020/06 時点）．このページでは 3.6 を使って説明する．3.7 でも同様の手順になる．

Windows の場合

  1. Python 3.6 のインストール

    Python の URL: http://www.python.org/

    インストール手順の詳細は： 別ページで説明している．

  2. pip と setuptools の更新

    コマンドプロンプトを管理者として実行し，次のコマンドを実行． 

    py -3.6 -m pip install -U pip setuptools

    [image]

Ubuntu の場合

次の手順により，システム Python とは別に，pyenv を用いて Pytnon 3.6 をインストールする．（システム Python の設定は変えたくないため）．

  1. pyenv のインストールと設定

    図などの入った詳しい説明は別ページ． 

    sudo apt -yV install --no-install-recommends make build-essential libssl-dev zlib1g-dev libbz2-dev libreadline-dev libsqlite3-dev wget curl llvm libncurses5-dev xz-utils tk-dev libxml2-dev libxmlsec1-dev libffi-dev liblzma-dev
cd /tmp
curl https://pyenv.run | bash
echo 'export PYENV_ROOT="${HOME}/.pyenv"' >> ~/.bashrc
echo 'if [ -d "${PYENV_ROOT}" ]; then' >> ~/.bashrc
echo '    export PATH=${PYENV_ROOT}/bin:$PATH' >> ~/.bashrc
echo '    eval "$(pyenv init -)"' >> ~/.bashrc
echo '    eval "$(pyenv virtualenv-init -)"' >> ~/.bashrc
echo 'fi' >> ~/.bashrc
exec $SHELL -l
  2. 次のコマンドにより，pyenv を用いて Python 3.6.10 をインストール 
    pyenv install 3.6.10

    [image]
  3. Ubuntu では端末を開く．
  4. pyenv の Python 3.6 の有効化． pip と setuptools の更新

    次のコマンドを実行． 

    pyenv shell 3.6.10
python -m pip install -U pip setuptools

Git のインストール

Git の URL: https://git-scm.com/

GraphViz のインストール

（Windows を使う場合のみ）Visual C++ ビルドツール (Build Tools) のインストール

「Windows で Visual C++ ビルドツール (Build Tools) for Visual Studio 2017 のインストール（Chocolatey を利用）」で説明している．

以下，Windows に Python, git, Visual C++ ビルドツール (Build Tools) をインストール済みであるものとして説明を続ける．

（NVIDIA GPU を使うとき）NVIDIA グラフィックスボード・ドライバのインストール

※ GPU とは，グラフィックス・プロセッシング・ユニットの略で、コンピュータグラフィックス関連の機能，乗算や加算の並列処理の機能などがある．

ダウンロードページ

詳細説明

（NVIDIA GPU を使うとき）NVIDIA CUDA ツールキット 10.0 のインストール

※ CUDA とは，NVIDIA社が提供している GPU 用のプラットフォームである． ダウンロードページ

TensorFlow 2.1 以上の GPU 版での，NVIDIA CUDA のバージョンは 10.1 が指定されている． TensorFlow 1.15の GPU 版での，NVIDIA CUDA のバージョンは 10.0 が指定されている． 指定されているバージョンより高いものは使わない． その根拠は次のページ． URL: https://www.tensorflow.org/install/source#common_installation_problems

詳細説明

（NVIDIA GPU を使うとき）NVIDIA cuDNN のインストール

ダウンロードページ

次のページには，TensorFlow 2.1 以上の GPU 版での，cuDNN のバージョンは 7.6．そして，TensorFlow 1.13 以上 TensorFlow 2.0 までの GPU 版での，cuDNN のバージョンは7.4 が指定されている．

URL: https://www.tensorflow.org/install/source#common_installation_problems

詳細説明

隔離された Python 仮想環境の新規作成と，TensorFlow 1.15.3（旧バージョン）およびPython 開発環境（JupyterLab, spyder）のインストール

最新版ではない TensorFlow を使う．そうした場合，運用を簡単にする（バージョン指定のもの間違ってアップデートしないなど）のために，venv を用いて，隔離された Python 仮想環境を作る．

今から作成する隔離された Python 仮想環境の名前と、Pythonのバージョンを決めておく

ここで行う「隔離された Python 仮想環境の新規作成と，TensorFlow 1.15.3（旧バージョン）のインストール」ついては，より詳しくは，次のページで説明している．

Windows の場合

  1. Python 3.6 の準備

    Windows での Python 3.6 の準備は，このページの上の方で説明している．

  2. コマンドプロンプトを実行．
  3. venv を用いて，Python 3.6 が動く隔離された Python 仮想環境を作る．

    下の例では，隔離された Python 仮想環境のためのディレクトリを C:\venv\tf115py36に作成している． 

    py -3.6 -m venv C:\venv\tf115py36

    [image]
  4. venv の隔離された Python 仮想環境を有効化，TensorFlow 1.15.3 のインストール，Python 開発環境（JupyterLab, spyder）のインストール

    venv を使い，孤立した Python 仮想環境を使っているときは，Windows でも Ubuntu でも同じで，「python -m pip install ...」. いま，venv を使っているかどうかは，プロンプトの「(venv)」で分かる． 

    C:\venv\tf115py36\Scripts\activate.bat
python -m pip install -U pip setuptools
python -m pip install -U tensorflow-gpu==1.15.3 tensorflow_datasets
python -m pip install -U jupyterlab jupyter jupyter-console jupytext spyder

    [image]

    [image]
    （以下省略）

Ubuntu の場合

  1. Python 3.6 の準備

    Ubuntu での Python 3.6 の準備は，このページの上の方で説明している．

  2. Ubuntu では端末を開く．
  3. venv を用いて，Python 3.6 が動く隔離された Python 仮想環境を作る．

    下の例では，隔離された Python 仮想環境のためのディレクトリを ~/tf115py36に作成している． 

    pyenv shell 3.6.10
python -m venv ~/tf115py36

    [image]
  4. venv の隔離された Python 仮想環境を有効化，TensorFlow 1.15.3 のインストール，Python 開発環境（JupyterLab, spyder）のインストール

    venv を使い，孤立した Python 仮想環境を使っているときは，Windows でも Ubuntu でも同じで，「python -m pip install ...」. いま，venv を使っているかどうかは，プロンプトの「(venv)」で分かる． 

    source ~/tf115py36/bin/activate
python -m pip install -U pip setuptools
python -m pip install -U tensorflow-gpu==1.15.3 tensorflow_datasets
python -m pip install -U jupyterlab jupyter jupyter-console jupytext spyder

    [image]

TensorFlow の確認

  1. 隔離された Python 仮想環境を有効化
  2. TensorFlow のバージョン確認

    ※ バージョン番号が表示されれば OK．下の図とは違うバージョンが表示されることがある． 

    python -c "import tensorflow as tf; print( tf.__version__ )"

    [image]
  3. (GPU を使うとき) GPU が認識できてるかの確認

    TensorFlow が GPU を認識できているかの確認は，端末で，次を実行して行う． 

    python -c "from tensorflow.python.client import device_lib; print(device_lib.list_local_devices())"

    [image]

その他，Python パッケージのインストール

  1. Windows では，コマンドプロンプトを実行．Ubuntu では端末を開く．
  2. 隔離された Python 仮想環境を有効化
  3. 次のコマンドを実行し，必要なパッケージをインストールする．

    Windows のとき 

    python -m pip install -U pip setuptools
python -m pip install -U jupyterlab jupyter jupyter-console jupytext spyder
python -m pip install -U keras numpy matplotlib opencv-python pydot pillow

    Ubuntu のとき． 

    source ~/.venv/bin/activate
python -m pip install -U pip setuptools
python -m pip install -U jupyterlab jupyter jupyter-console jupytext spyder
sudo 実行結果 python3-keras python3-numpy python3-matplotlib python3-opencv python3-pydot python3-pil

このページで説明のために使用する画像

画像ファイル fruits.jpg, home.jpg のダウンロード

画像ファイル fruits.jpg, home.jpg のダウンロード手順は，別ページで説明している．

https://github.com/opencv/opencv/tree/master/samples/data で公開されている fruits.jpg, home.jpg を使用する（謝辞：画像の作者に感謝します）

ResNet50 を用いた画像分類

参考 Web ページ: https://keras.io/ja/applications/

謝辞：ここでは、https://keras.io/ja/applications に記載のプログラムを変更して使用している

  1. Windows では，コマンドプロンプトを実行．Ubuntu では端末を開く．
  2. 隔離された Python 仮想環境を有効化

    以下，Windows での手順を示す．Ubuntu でも同様の手順になる．

  3. Jupyter Qt Console を起動 

    jupyter qtconsole

    [image]

    Python プログラムを動かして，結果をビジュアルに見たい．

    そのために，開発環境や Python コンソール（Jupyter Qt Console，spyder，PyCharm，PyScripter など）が便利．

    ※ 「python -m jupyter qtconsole」について：Jupyter Qt Console が起動しない 場合には，次の操作で，インストールを行ってから，もう一度試してみる． 

    python -m pip install -U jupyterlab jupyter jupyter-console jupytext spyder

    ここから先は，Jupyter Qt Console の画面で説明する．

  4. ResNet50 のダウンロード 
    import tensorflow as tf
from keras.applications.resnet50 import ResNet50
from keras.preprocessing import image
from keras.applications.resnet50 import preprocess_input, decode_predictions
from keras.utils import plot_model
import numpy as np

m = ResNet50(weights='imagenet')

    [image]
  5. プロット 
    import pydot
plot_model(m)

    152 層になっていることが確認できる．

    [image]
  6. Resnet50 による一般物体検出

    これは、学習済みニューラルネットワークによる予測である 

    from matplotlib import pyplot as plt
import PIL
img_path = 'C:/image/fruits.jpg'
img = image.load_img(img_path, target_size=(224, 224))
x = image.img_to_array(img)
x = np.expand_dims(x, axis=0)
x = preprocess_input(x)

preds = m.predict(x)
# decode the results into a list of tuples (class, description, probability)
# (one such list for each sample in the batch)
plt.imshow(img)
print('Predicted:', decode_predictions(preds, top=3)[0])

    分類結果が表示されるので確認する

    [image]
  7. 別の画像 home.jpg で行ってみる 
    from matplotlib import pyplot as plt
img_path = 'C:/image/home.jpg'
img = image.load_img(img_path, target_size=(224, 224))
x = image.img_to_array(img)
x = np.expand_dims(x, axis=0)
x = preprocess_input(x)

preds = m.predict(x)
# decode the results into a list of tuples (class, description, probability)
# (one such list for each sample in the batch)
plt.imshow(img)
print('Predicted:', decode_predictions(preds, top=3)[0])

    分類結果が表示されるので確認する

    [image]

USB 接続ビデオカメラの表示例

USB接続できるビデオカメラを準備し，パソコンに接続しておく． 

import cv2
import numpy as np
from matplotlib import pyplot as plt

v = cv2.VideoCapture(0)
while(v.isOpened()):
    r, f = v.read()
    if ( r == False ):
        break
    img = cv2.resize(f, (224, 224))
    x = image.img_to_array(img)
    x = np.expand_dims(x, axis=0)
    x = preprocess_input(x)
    preds = m.predict(x)
    cv2.imshow("", img)
    print('Predicted:', decode_predictions(preds, top=3)[0])
    if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
        break
v.release()
cv2.destroyAllWindows()

分類結果が表示されるので確認する

[image]

※ 止めたいとき，右上の「x」をクリックしない．画面の中をクリックしてから，「q」のキーを押して閉じる

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