【人工智能】Transformers之Pipeline（六）：图像分类（image-classification）

一、引言

pipeline（管道）是huggingface transformers库中一种极简方式使用大模型推理的抽象，将所有大模型分为音频（Audio）、计算机视觉（Computer vision）、自然语言处理（NLP）、多模态（Multimodal）等4大类，28小类任务（tasks）。共计覆盖32万个模型

今天介绍CV计算机视觉的第二篇，图像分类（image-classification），在huggingface库内有1.3万个图像分类模型。

二、图像分类（image-classification）

2.1 概述

图像分类，顾名思义就是将图片分类的模型，给定图片，返回对应的类别概率值，在计算机视觉CV领域模型最多，应用也最广泛，主要应用场景比如人脸识别、色情图片检测、自动驾驶、医疗影像分析等。

2.2 技术原理

以google在2021年6月3日发布的Vision Transformer (ViT)为例，传统的图片识别通过CNN卷机神经网络提取图片信息，ViT将Transformer技术应用到图片分类上，开启了Transformer应用于计算机视觉的先河。该模型也是image-classification任务的默认模型：google/vit-base-patch16-224

ViT（视觉transformer）主要原理：首先将图片切分成大小相等的块序列（分辨率为16*16），对每个图片块进行线性嵌入添加位置信息，通过喂入一个标准的transfromer encoder结构进行特征交叉后，送入到MLP层，通过增加额外的分类标记构建分类任务，完成网络构造。详细论文

2.3 应用场景

• 社交网络与多媒体管理：自动标记和组织用户上传的照片，如人脸识别、场景识别。
• 安防监控：实时分析监控视频，识别异常行为、人脸认证、车牌识别等。
• 医疗影像分析：辅助医生诊断，如癌症细胞检测、病变识别。
• 自动驾驶：识别道路标志、行人、车辆等，提高安全性和导航准确性。
• 零售与电商：商品识别，用于快速库存管理、顾客行为分析和推荐系统。

2.4 pipeline参数

2.4.1 pipeline对象实例化参数

• model（PreTrainedModel或TFPreTrainedModel）— 管道将使用其进行预测的模型。 对于 PyTorch，这需要从PreTrainedModel继承；对于 TensorFlow，这需要从TFPreTrainedModel继承。
• image_processor ( BaseImageProcessor ) — 管道将使用的图像处理器来为模型编码数据。此对象继承自 BaseImageProcessor。
• modelcard（str或ModelCard，可选）— 属于此管道模型的模型卡。
• framework（str，可选）— 要使用的框架，"pt"适用于 PyTorch 或"tf"TensorFlow。必须安装指定的框架。 如果未指定框架，则默认为当前安装的框架。如果未指定框架且安装了两个框架，则默认为model的框架，如果未提供模型，则默认为 PyTorch。
• task（str，默认为""）— 管道的任务标识符。
• num_workers（int，可选，默认为 8）— 当管道将使用DataLoader（传递数据集时，在 Pytorch 模型的 GPU 上）时，要使用的工作者数量。
• batch_size（int，可选，默认为 1）— 当管道将使用DataLoader（传递数据集时，在 Pytorch 模型的 GPU 上）时，要使用的批次的大小，对于推理来说，这并不总是有益的，请阅读使用管道进行批处理。
• args_parser（ArgumentHandler，可选） - 引用负责解析提供的管道参数的对象。
• device（int，可选，默认为 -1）— CPU/GPU 支持的设备序号。将其设置为 -1 将利用 CPU，设置为正数将在关联的 CUDA 设备 ID 上运行模型。您可以传递本机torch.device或str太
• torch_dtype（str或torch.dtype，可选） - 直接发送model_kwargs（只是一种更简单的快捷方式）以使用此模型的可用精度（torch.float16，，torch.bfloat16...或"auto"）
• binary_output（bool，可选，默认为False）——标志指示管道的输出是否应以序列化格式（即 pickle）或原始输出数据（例如文本）进行。
• function_to_apply（str，可选，默认为"default"）— 用于检索分数的模型输出函数。接受四个不同的值：
  • "default"：如果模型只有一个标签，则在输出上应用 sigmoid 函数。如果模型有多个标签，则在输出上应用 softmax 函数。
  • "sigmoid"：在输出上应用 S 型函数。
  • "softmax"：在输出上应用 softmax 函数。
  • "none"：不对输出应用任何功能。

2.4.2 pipeline对象使用参数

• image（str、List[str]或PIL.Image）List[PIL.Image]——管道处理三种类型的图像：
  • 包含指向图像的 http 链接的字符串
  • 包含图像本地路径的字符串
  • 直接在 PIL 中加载的图像

  管道可以接受单张图片或一批图片，然后必须以字符串形式传递。一批图片必须全部采用相同的格式：全部为 http 链接、全部为本地路径或全部为 PIL 图片。

• function_to_apply（str，可选，默认为"default"）— 用于检索分数的模型输出函数。接受四个不同的值： 如果不指定此参数，那么它将根据标签数量应用以下函数：
  • 如果模型只有一个标签，则将在输出上应用 S 型函数。
  • 如果模型有多个标签，将在输出上应用 softmax 函数。

  可能的值包括：

  • "sigmoid"：在输出上应用 S 型函数。
  • "softmax"：在输出上应用 softmax 函数。
  • "none"：不对输出应用任何功能。
• top_k（int，可选，默认为 5）— 管道将返回的顶部标签数。如果提供的数字高于模型配置中可用的标签数，则将默认为标签数。
• timeout（可选float，默认为 None）— 等待从网络获取图像的最长时间（以秒为单位）。如果为 None，则不设置超时，并且调用可能会永远阻塞。

2.4 pipeline实战

识别http链接中的物品

采用pipeline代码如下

import os
os.environ["HF_ENDPOINT"] = "https://hf-mirror.com"
os.environ["CUDA_VISIBLE_DEVICES"] = "2"

from transformers import pipeline
image_classification = pipeline(task="image-classification",model="google/vit-base-patch16-224")
output = image_classification("http://images.cocodataset.org/val2017/000000039769.jpg")
print(output)
"""
[{'label': 'Egyptian cat', 'score': 0.9374418258666992}, {'label': 'tabby, tabby cat', 'score': 0.03844244033098221}, {'label': 'tiger cat', 'score': 0.01441137958317995}, {'label': 'lynx, catamount', 'score': 0.0032743141055107117}, {'label': 'Siamese cat, Siamese', 'score': 0.0006795910303480923}]
"""

执行后，自动下载模型文件：

识别结果为：埃及猫

[{'label': 'Egyptian cat', 'score': 0.9374418258666992}, {'label': 'tabby, tabby cat', 'score': 0.03844244033098221}, {'label': 'tiger cat', 'score': 0.01441137958317995}, {'label': 'lynx, catamount', 'score': 0.0032743141055107117}, {'label': 'Siamese cat, Siamese', 'score': 0.0006795910303480923}]

2.5 模型排名

在huggingface上，我们将图像分类（image-classification）模型按下载量从高到低排序：

三、总结

本文对transformers之pipeline的图像分类（image-classification）从概述、技术原理、pipeline参数、pipeline实战、模型排名等方面进行介绍，读者可以基于pipeline使用文中的2行代码极简的使用计算机视觉中的图像分类（image-classification）模型。