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Bildklassifizierung - MXNet

Der SageMaker Amazon-Bildklassifizierungsalgorithmus ist ein überwachter Lernalgorithmus, der die Klassifizierung mehrerer Labels unterstützt. Ein Bild wird als Eingabe herangezogen und es werden eine oder mehrere Kennzeichnungen ausgegeben, die diesem Bild zugewiesen sind. Er verwendet ein neuronales Faltungsnetzwerk, das von Grund auf trainiert werden kann oder mittels Transfer Learning, wenn keine große Anzahl von Trainings-Images zur Verfügung steht.

Das empfohlene Eingabeformat für die SageMaker Amazon-Bildklassifizierungsalgorithmen ist Apache MXNet RecordIO. Sie können jedoch auch unpräparierte Bilder im JPEG- oder PNG-Format verwenden. In dieser Diskussion finden Sie einen umfassenden Überblick über die effiziente Datenaufbereitung und das Laden für Machine-Learning-Systeme.

Weitere Informationen zu Faltungsnetzwerken finden Sie unter:

E/A-Schnittstelle für den Bildklassifikationsalgorithmus

Der SageMaker Bildklassifizierungsalgorithmus unterstützt sowohl die Inhaltstypen RecordIO (application/x-recordio) als auch image (image/pngimage/jpeg, undapplication/x-image) für das Training im Dateimodus und unterstützt den Inhaltstyp RecordIO (application/x-recordio) für das Training im Pipe-Modus. Sie können jedoch das Training mithilfe der Bilddateien (image/png, image/jpeg und application/x-image) auch im Pipe-Modus ausführen, ohne RecordIO-Dateien zu erstellen, indem Sie das augmentierte Manifestformat verwenden.

Verteilte Trainings werden für den Dateimodus und den Pipe-Modus unterstützt. Wenn Sie den Inhaltstyp RecordIO im Pipe-Modus verwenden, müssen Sie den S3DataDistributionType von S3DataSource auf FullyReplicated festlegen. Der Algorithmus unterstützt ein vollständig repliziertes Modell, bei dem Ihre Daten auf jeden Computer kopiert werden.

Der Algorithmus unterstützt image/png, image/jpeg und application/x-image für Inferenzen.

Trainieren mit dem RecordIO-Format

Wenn Sie das RecordIO-Format für Trainings verwenden, geben Sie sowohl den – trainals auch den und validation-Kanal als Werte für den InputDataConfig-Parameter der CreateTrainingJob-Anforderung an. Geben Sie eine RecordIO-Datei (.rec) im train-Kanal und eine RecordIO-Datei im validation-Kanal an. Legen Sie den Inhaltstyp für beide Kanäle auf application/x-recordio fest.

Trainieren mit dem Bildformat

Wenn Sie das Image-Format für Trainings verwenden, geben Sie train-, validation-, – train_lstund validation_lst-Kanäle als Werte für den InputDataConfig-Parameter der CreateTrainingJob-Anforderung an. Geben Sie die einzelnen Bilddaten (.jpg- oder .png-Dateien) für die Kanäle train und validation an. Geben Sie eine .lst-Datei im – train_lstund im validation_lst-Kanal an. Legen Sie den Inhaltstyp für alle vier Kanäle auf application/x-image fest.

Eine .lst-Datei ist eine tabulatorgetrennte Datei mit drei Spalten, die eine Liste mit Bilddateien enthält. Die erste Spalte gibt den Bildindex an, die zweite Spalte gibt den Klassenbezeichnungsindex für das Bild an und die dritte Spalte gibt den relativen Pfad der Bilddatei an. Der Bildindex in der ersten Spalte muss über alle Bilder hinweg eindeutig sein. Die Klassenbezeichnungsindizes sind aufeinanderfolgend nummeriert und die Nummerierung sollte mit 0 beginnen. Beispiel: 0 für die Klasse "cat", 1 für die Klasse "dog" und so weiter für zusätzliche Klassen.

Im Folgenden wird ein Beispiel für eine .lst-Datei dargestellt:

5      1   your_image_directory/train_img_dog1.jpg
1000   0   your_image_directory/train_img_cat1.jpg
22     1   your_image_directory/train_img_dog2.jpg

Wenn beispielsweise Ihre Trainings-Imageer unter s3://<your_bucket>/train/class_dog, s3://<your_bucket>/train/class_cat usw. gespeichert sind, geben Sie den Pfad für Ihren train-Kanal als s3://<your_bucket>/train an, das oberste Verzeichnis für Ihre Daten. Geben Sie in der .lst-Datei den relativen Pfad für eine einzelne Datei mit dem Namen train_image_dog1.jpg im class_dog-Klassenverzeichnis als class_dog/train_image_dog1.jpg an. Sie können auch all Ihre Bilddateien in einem Unterverzeichnis innerhalb des train-Verzeichnisses speichern. In diesem Fall verwenden Sie dieses Unterverzeichnis für den relativen Pfad. Beispiel, s3://<your_bucket>/train/your_image_directory.

Trainieren mit dem erweiterten Manifest-Image-Format

Im erweiterten Manifestformat können Sie das Training mit den Bilddateien im Pipe-Modus vornehmen, ohne RecordIO-Dateien erstellen zu müssen. Sie müssen sowohl den train- als auch den und validation-Kanal als Werte für den InputDataConfig-Parameter der CreateTrainingJob-Anforderung angeben. Beim Verwenden dieses Formats muss eine S3-Manifestdatei generiert werden, die die Liste der Bilder und der entsprechenden Anmerkungen enthält. Das Manifestdateiformat sollte das Format JSONLines haben, wobei jede Zeile ein Beispiel darstellt. Die Bilder werden mithilfe des 'source-ref'-Tags, das auf den S3-Speicherort der Bilder zeigt, angegeben. Die Anmerkungen werden unter dem Parameterwert "AttributeNames" bereitgestellt, wie in der Anforderung CreateTrainingJob angegeben. Es können auch zusätzliche Metadaten unter dem metadata-Tag enthalten sein. Diese werden jedoch vom Algorithmus ignoriert. Im folgenden Beispiel sind die "AttributeNames" in der Liste der Bild- und Anmerkungsreferenzen ["source-ref", "class"] enthalten. Der entsprechende Bezeichnungswert ist "0" für das erste Bild und “1” für das zweite Bild:

{"source-ref":"s3://image/filename1.jpg", "class":"0"}
{"source-ref":"s3://image/filename2.jpg", "class":"1", "class-metadata": {"class-name": "cat", "type" : "groundtruth/image-classification"}}

Die Reihenfolge "AttributeNames" der Eingabedateien spielt beim Training des ImageClassification Algorithmus eine Rolle. Er akzeptiert Daten, die in einer bestimmten Reihenfolge übergeben werden. Dabei kommt image zuerst, gefolgt von label. Die "AttributeNames" in diesem Beispiel werden also "source-ref" zuerst mit angegeben, gefolgt von"class". Wenn Sie den ImageClassification Algorithmus mit Augmented Manifest verwenden, muss der Wert des RecordWrapperType Parameters sein"RecordIO".

Das Training mit mehreren Bezeichnungen wird auch durch die Angabe einer JSON Reihe von Werten unterstützt. Der num_classes-Hyperparameter muss so eingestellt werden, dass er der Gesamtzahl der Klassen entspricht. Es gibt zwei gültige Beschriftungsformate: multi-hot und class-id.

Im Multi-Hot-Format ist jede Beschriftung ein Multi-Hot-codierter Vektor aller Klassen, wobei jede Klasse den Wert 0 oder 1 annimmt. Im folgenden Beispiel werden drei Klassen beschrieben. Das erste Bild ist mit den Klassen 0 und 2 beschriftet, während das zweite Bild nur mit Klasse 2 beschriftet ist:

{"image-ref": "s3://amzn-s3-demo-bucket/sample01/image1.jpg", "class": "[1, 0, 1]"}
{"image-ref": "s3://amzn-s3-demo-bucket/sample02/image2.jpg", "class": "[0, 0, 1]"}

Im Klassen-ID-Format ist jede Beschriftung eine Liste der Klassen-IDs aus [0, num_classes), die für den Datenpunkt gelten. Das vorherige Beispiel würde stattdessen wie folgt aussehen:

{"image-ref": "s3://amzn-s3-demo-bucket/sample01/image1.jpg", "class": "[0, 2]"}
{"image-ref": "s3://amzn-s3-demo-bucket/sample02/image2.jpg", "class": "[2]"}

Das Multi-Hot-Format ist die Standardeinstellung, kann aber im Inhaltstyp mit dem folgenden label-format Parameter explizit festgelegt werden: "application/x-recordio; label-format=multi-hot". Das Klassen-ID-Format, also das von ausgegebene Format GroundTruth, muss explizit festgelegt werden: "application/x-recordio; label-format=class-id".

Weitere Informationen zu erweiterten Manifestdateien finden Sie unter Erweiterte Manifestdateien für Schulungsjobs.

Inkrementelles Training

Sie können das Training eines neuen Modells auch mit den Artefakten eines Modells beginnen, mit dem Sie zuvor trainiert haben. SageMaker Inkrementelles Training spart Trainingszeit, wenn Sie ein neues Modell mit denselben oder ähnlichen Daten trainieren möchten. SageMaker Bildklassifizierungsmodelle können nur erstellt werden, wenn ein anderes integriertes Bildklassifizierungsmodell trainiert wird. SageMaker

Um ein vortrainiertes Modell zu verwenden, geben Sie in der CreateTrainingJob-Anforderung den ChannelName als "model" im InputDataConfig-Parameter an. Legen Sie den ContentType für den Modellkanal auf application/x-sagemaker-model fest. Die Eingabehyperparameter des neuen und des vortrainierten Modells, die Sie in den Modellkanal hochladen, müssen die gleichen Einstellungen für die Eingabeparameter num_layers, image_shape und num_classes besitzen. Diese Parameter definieren die Netzwerkarchitektur. Verwenden Sie für die vortrainierte Modelldatei die komprimierten Modellartefakte (im .tar.gz-Format), die von ausgegeben werden. SageMaker Sie können entweder RecordIO- oder Bildformate als Eingabedaten verwenden.

Inferenz mit dem Bildklassifizierungsalgorithmus

Die generierten Modelle können zum Inferieren gehostet werden und unterstützen kodierte – .jpgund .png-Bildformate als – image/png, image/jpegund application/x-image-Inhaltstyp. Die Größe des Eingabebilds wird automatisch geändert. Bei der Ausgabe handelt es sich um die Wahrscheinlichkeitswerte für alle Klassen, die im Format oder im JSON JSONZeilen-Textformat für die Batch-Transformation kodiert sind. Das Bildklassifizierungsmodell verarbeitet ein einzelnes Bild pro Anfrage und gibt daher nur eine Zeile im Format JSON oder JSON Zeilen aus. Im Folgenden finden Sie ein Beispiel für eine Antwort im JSON Zeilenformat:

accept: application/jsonlines

 {"prediction": [prob_0, prob_1, prob_2, prob_3, ...]}

Weitere Details zu Training und Inferenz finden Sie in den Beispiel-Notebook-Instances zur Bildklassifizierung, auf die in der Einführung verwiesen wurde.

EC2Instanzempfehlung für den Algorithmus zur Bildklassifizierung

Für die Bildklassifizierung unterstützen wir P2-, P3-, G4dn- und G5-Instances. Wir empfehlen die Verwendung von GPU Instances mit mehr Speicher für das Training mit großen Chargengrößen. Sie können den Algorithmus auch auf Einstellungen für mehrere GPU und mehrere Computer ausführen, um ein verteiltes Training zu ermöglichen. Sowohl Instances CPU (wie C4) als auch GPU (P2, P3, G4dn oder G5) können für Inferenzen verwendet werden.

Beispiel-Notebooks für die Bildklassifizierung

Ein Beispielnotizbuch, das den SageMaker Bildklassifizierungsalgorithmus verwendet, finden Sie unter Erstellen und Registrieren eines MXNet Bildklassifizierungsmodells über Pipelines. SageMaker Anweisungen zum Erstellen und Zugreifen auf Jupyter-Notebook-Instanzen, in denen Sie das Beispiel ausführen können, finden Sie unter. SageMaker Amazon SageMaker Notebook-Instances Nachdem Sie eine Notebook-Instanz erstellt und geöffnet haben, wählen Sie die Registerkarte SageMakerBeispiele, um eine Liste aller Beispiele anzuzeigen. SageMaker Die Beispiel-Notebooks für die Bildklassifizierung befinden sich im Abschnitt Einführung in die Amazon-Algorithmen. Zum Öffnen eines Notebooks klicken Sie auf die Registerkarte Use (Verwenden) und wählen Sie Create copy (Kopie erstellen) aus.