利用OpenCV 基于Inception模型图像分类

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本文转自：opencv学堂

要介绍Inception网络结构首先应该介绍一下NIN(Network in Network)网络模型，2014年新加坡国立大学发表了一篇关于计算机视觉图像分类的论文，提到采用了一种新的网络结构NIN实现图像分类，该论文的第二作者颜水成毕业于北京大学数学系，现任360人工智能研究院院长与首席科学家。NIN主要思想是认为CNN网络中卷积滤波是基于线性滤波器实现的，抽象能力不够，所以一般是用一大堆filter把所有特征都找出来，但是这样就导致网络参数过大，论文作者提出通过MLP（多个权重阶层组成+一个非线性激活函数）对输入区域通过MLP产生一个输出feature map，然后继续滑动MLP窗口，对比如下：

这样做有两个好处，

1. MLP可以共享参数，减少参数总数

2. 对每个局部感受野神经元实现更加复杂计算，提升能力

论文中提到NIN网络完整结构如下：

包含了三个MLP卷积层与一个全局池化层。

受到这篇文章的影响与启发，谷歌在2014也提出一个新的网络模型结构Inception网络也就是大家熟知v1网络，其主要贡献在于实现了NIN网络层数的增加，并且在训练各个网络时候为了提高收敛，考虑中间层的输出与最终分类错误。只是中间层不同，最初inception网络的中间层为：

后来发现3x3与5x5的卷积计算耗时很长，而且输出导致卷积厚度增加，如果层数过度将导致卷积网络不可控制，于是就在3x3与5x5的卷积之前分别加上1x1的卷积做降维，修改后的结构如下：

最终得到v1版本的网络结构如下：

于是在v1的基础上作者继续工作，加入了BN层，对大于3x3的卷积用一系列小的卷积进行替代，比如7x7可以被1x7与7x1替代两个小卷积核，5x5可以被1x5与5x1两个小卷积核替代，这样就得到Inception v2的版本。于是作者继续对此网络结构各种优化调整，最终又得到了Inception v3版本

Inception v4一个最大的改动就是引入了残差网络结构，对原有的网络结构进行优化，得到v1与v2的残差版本网络结构，最终得到一个更加优化的v4模型，完整的v4结构：

对应的Block A、B、C结构如下：Inception-A

Inception-B

Inception-C

v1模型加残差网络结构

1. 下载Inception预训练网络模型

2. 使用OpenCV DNN模块相关API加载模型

3. 运行Inception网络实现图像分类 完整的代码实现如下：

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <opencv2/dnn.hpp>
#include <iostream>
/******************************************************
*
* 作者：贾志刚
* QQ: 57558865
* OpenCV DNN 完整视频教程：
* http://edu.51cto.com/course/11516.html
*
********************************************************/
using namespace cv;
using namespace cv::dnn;
using namespace std;
String labels_txt_file = "D:/android/opencv_tutorial/data/models/inception5h/imagenet_comp_graph_label_strings.txt";
String tf_pb_file = "D:/android/opencv_tutorial/data/models/inception5h/tensorflow_inception_graph.pb";
vector<String> readClassNames();
int main(int argc, char** argv) {
    Mat src = imread("D:/vcprojects/images/twocat.png");
    if (src.empty()) {
        printf("could not load image...\n");
        return -1;
    }
    namedWindow("input", CV_WINDOW_AUTOSIZE);
    imshow("input", src);
    vector<String> labels = readClassNames();
    Mat rgb;
    cvtColor(src, rgb, COLOR_BGR2RGB);
    int w = 224;
    int h = 224;
    // 加载网络
    Net net = readNetFromTensorflow(tf_pb_file);
    if (net.empty()) {
        printf("read caffe model data failure...\n");
        return -1;
    }
    Mat inputBlob = blobFromImage(src, 1.0f, Size(224, 224), Scalar(), true, false);
    inputBlob -= 117.0; // 均值
    // 执行图像分类
    Mat prob;
    net.setInput(inputBlob, "input");
    prob = net.forward("softmax2");
    // 得到最可能分类输出
    Mat probMat = prob.reshape(1, 1);
    Point classNumber;
    double classProb;
    minMaxLoc(probMat, NULL, &classProb, NULL, &classNumber);
    int classidx = classNumber.x;
    printf("\n current image classification : %s, possible : %.2f", labels.at(classidx).c_str(), classProb);
    // 显示文本
    putText(src, labels.at(classidx), Point(20, 20), FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1.0, Scalar(0, 0, 255), 2, 8);
    imshow("Image Classification", src);
    imwrite("D:/result.png", src);
    waitKey(0);
    return 0;
}
std::vector<String> readClassNames()
{
    std::vector<String> classNames;
    std::ifstream fp(labels_txt_file);
    if (!fp.is_open())
    {
        printf("could not open file...\n");
        exit(-1);
    }
    std::string name;
    while (!fp.eof())
    {
        std::getline(fp, name);
        if (name.length())
            classNames.push_back(name);
    }
    fp.close();
    return classNames;
}

输入原图：

测试结果：

关键是速度很快，比VGG快N多，基本秒出结果！