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用Keras搭建神经网络模型!人脸识别技术实践分析

时间:2024-02-10 22:15:34 科技迭代

我一直对人工智能很感兴趣,尤其是人脸识别这个领域。我觉得人脸识别不仅可以用于安全、娱乐、社交等方面,还可以让我们更好地了解自己和他人,提高生活的品质和乐趣。所以,我决定用Keras这个深度学习框架来搭建一个神经网络模型,实现人脸识别的功能。


Keras是一个用Python编写的高级神经网络API,它可以以TensorFlow, Theano或者CNTK作为后端运行。Keras的优点是简单易用,功能强大,高度灵活,可以快速构建和训练各种类型的神经网络模型。我选择了TensorFlow作为后端,因为它是目前最流行的深度学习框架,有着丰富的文档和社区支持。


我首先需要准备一个人脸数据集,用于训练和测试我的模型。我在网上找到了一个开源的人脸数据集,叫做Labeled Faces in the Wild (LFW)。这个数据集包含了13000多张人脸图片,涵盖了5749个不同的人,每个人至少有两张图片。这个数据集的难度适中,既不是太简单,也不是太复杂,适合作为我的入门项目。


我下载了这个数据集,并用Python的OpenCV库来读取和处理图片。OpenCV是一个开源的计算机视觉库,提供了很多图像处理的功能,比如裁剪、缩放、旋转、滤波、边缘检测等。我用OpenCV的函数来将图片转换为灰度图,并将图片的大小统一为64×64像素,以便于输入到神经网络中。我还用OpenCV的函数来检测图片中的人脸,并将人脸区域裁剪出来,以去除无关的背景信息。我将处理后的图片保存为numpy数组,并将图片的标签(即人的姓名)保存为一个列表。


我接下来需要搭建一个神经网络模型,用于从图片中提取特征,并进行分类。我选择了一个比较经典的卷积神经网络(CNN)的结构,它由多个卷积层、池化层、全连接层和激活函数组成。卷积层可以用一组卷积核来扫描图片,提取图片中的局部特征,池化层可以用来降低图片的分辨率,减少计算量,全连接层可以将图片的特征向量映射到输出的类别上,激活函数可以增加模型的非线性,提高模型的表达能力。我用Keras的Sequential类来按层顺序构建我的模型,代码如下:


model.add(Conv2D(32, (3, 3), input_shape=(64, 64, 1))) 第一个卷积层,有32个卷积核,大小为3×3,输入图片的大小为64×64,通道数为1(灰度图)


model.add(Activation('relu')) 使用ReLU作为激活函数


model.add(MaxPooling2D(pool_size=(2, 2))) 第一个池化层,使用2×2的最大池化


model.add(Conv2D(64, (3, 3))) 第二个卷积层,有64个卷积核,大小为3×3


model.add(Activation('relu')) 使用ReLU作为激活函数


model.add(MaxPooling2D(pool_size=(2, 2))) 第二个池化层,使用2×2的最大池化


model.add(Flatten()) 将图片的特征展平为一维向量


model.add(Dense(128)) 第一个全连接层,有128个神经元


model.add(Activation('relu')) 使用ReLU作为激活函数


model.add(Dense(5749)) 第二个全连接层,有5749个神经元,对应5749个人的类别


model.add(Activation('softmax')) 使用softmax作为激活函数,输出每个类别的概率


我构建好模型后,需要用compile方法来编译模型,指定优化器,损失函数,评估指标等参数。我选择了Adam作为优化器,它是一种自适应的梯度下降法,可以动态调整学习率,提高收敛速度。我选择了交叉熵作为损失函数,它是一种常用的分类问题的损失函数,可以衡量模型的预测结果和真实标签之间的差异。我选择了准确率作为评估指标,它可以反映模型的分类性能,即正确预测的图片占总图片的比例。