20 深度学习与OpenCV之使用深度学习模型进行推断

在上一篇中，我们探讨了如何将深度学习框架与OpenCV进行集成，以便利用深度学习模型的强大能力。而在本篇中，我们将专注于如何使用已经训练好的深度学习模型进行推断，具体来说，就是如何利用OpenCV加载并进行推理，处理输入数据，并获取输出结果。

知识准备

在开始之前，确保你已经掌握以下内容：

1. 深度学习的基本概念
2. OpenCV库的基本使用
3. 深度学习模型的训练与保存

在实际应用中，常见的深度学习框架如TensorFlow、PyTorch等都可以导出一个可供OpenCV使用的格式，比如.onnx或.pb文件。

加载深度学习模型

在OpenCV中，我们可以使用cv2.dnn模块来加载和推断深度学习模型。以下是加载模型的基本步骤：

import cv2

# 加载模型
model = cv2.dnn.readNetFromONNX('your_model.onnx')

在这个例子中，我们使用readNetFromONNX方法来加载一个ONNX格式的模型。类似地，OpenCV还支持从Caffe、TensorFlow和Torch等格式加载模型。

输入数据的预处理

在推断之前，我们需要对输入数据进行适当的预处理。这通常包括缩放、归一化和调换通道顺序等。以下是一个常见的图像输入预处理过程：

image = cv2.imread('input_image.jpg')
blob = cv2.dnn.blobFromImage(image, scalefactor=1/255.0, size=(640, 640), swapRB=True)

# 设置输入
model.setInput(blob)

在上面的代码中：

• 使用cv2.dnn.blobFromImage将输入图像转换为Blob对象。
• scalefactor参数用于将图像像素值归一化到0到1之间。
• size参数指定输入大小，需与模型的输入要求相匹配。
• swapRB参数用于交换红色和蓝色通道，因为深度学习模型通常接受BGR顺序的图像。

进行推断

一旦输入数据准备好，我们就可以进行推断。使用forward方法来获取模型的输出：

output = model.forward()

output将包含模型的推理结果，通常是一些特征图或预测结果，具体取决于训练时的目标。

处理推理结果

根据模型的类型，处理输出的方式也会有所不同。假设我们正在进行一个目标检测任务，output可能是一个包含边框和类别信息的张量。接下来是一个简单的后处理过程，以提取检测结果：

for detection in output[0, 0]:
    confidence = detection[2]
    if confidence > 0.5:
        x1 = int(detection[3] * image.shape[1])
        y1 = int(detection[4] * image.shape[0])
        x2 = int(detection[5] * image.shape[1])
        y2 = int(detection[6] * image.shape[0])
        cv2.rectangle(image, (x1, y1), (x2, y2), (255, 0, 0), 2)

在此代码块中，我们遍历推理结果，提取检测到的对象的置信度和边框坐标，并在原始图像上绘制矩形框。

示例完整代码

下面是一个完整的示例，包括加载模型、处理输入、运行推断和显示输出：

import cv2

# 加载模型
model = cv2.dnn.readNetFromONNX('your_model.onnx')

# 读取并处理图像
image = cv2.imread('input_image.jpg')
blob = cv2.dnn.blobFromImage(image, scalefactor=1/255.0, size=(640, 640), swapRB=True)

# 推断
model.setInput(blob)
output = model.forward()

# 处理输出
for detection in output[0, 0]:
    confidence = detection[2]
    if confidence > 0.5:
        x1 = int(detection[3] * image.shape[1])
        y1 = int(detection[4] * image.shape[0])
        x2 = int(detection[5] * image.shape[1])
        y2 = int(detection[6] * image.shape[0])
        cv2.rectangle(image, (x1, y1), (x2, y2), (255, 0, 0), 2)

# 显示结果
cv2.imshow('Output', image)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

总结

在本篇中，我们学习了如何使用OpenCV进行深度学习模型的推断，包括如何加载模型、处理输入数据、执行推断并分析输出结果。这些步骤对于在实际应用中高效利用深度学习模型至关重要。

下一篇将深入探讨如何根据特定需求训练自定义深度学习模型，以更好地满足实际应用场景的要求。请继续关注！