画像認識ハンズオン

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2. 自己紹介 日本総合ビジネス専門学校 NIHON-CHUO Institution 2017.4- 合同会社4D Pocket 4D Pocket LLC. 2017.4- 石郷 祐介 ISHIGO Yusuke Programmer
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4. モバイル IoT ロボット 人工知能 Web センサ 音声認識 音声合成 機械学習 Beacon オープンデータ Bot 異分野 × アイデア × 技術 他社との研究開発を主とし、新たな価値を生み出すツールを作る
5. 本日の流れ １. 画像処理ライブラリ「OpenCV」を使ってみる 　・画像を読み込んで表示する 　・ノイズ除去、画像反転、輪郭抽出、顔認識 ２. 「TensorFlow」と「Keras」で画像分類してみる ３. 「IBM Watson」で画像解析してみる 　・風景写真の中から似た風景の写真を探す
6. Pythonの特徴 サーバサイド言語として登場（P言語のひとつ） ・AI（機械学習） ・データ分析 ・IoT（Raspberry Pi） ・ロボット（ROS）　等 計算用ライブラリが豊富なため、高度な計算が必要なプログラム に多く使われている
7. 開発環境 pyenv PythonやAnacondaをダウンロードしたり、バージョンを切り替える ためのツール Anaconda condaを含んだPythonとパッケージ（プラグイン）をまとめたもの （NumPy、scipy、Pandas、Jupyer、Scikit-learn等のパッケージ） Web系の言語には、バージョンを管理するツールが存在する conda Pythonパッケージをインストールできるツール Pythonには、標準で同機能のpipがインストールされているが、 Anacondaを使う場合は、condaを使う（condaにないパッケージはpip）
8. 言語の特徴 ① １．文末のセミコロンは不要 print(“Hello, world!”) ２．変数に型は必要ない（動的型付け＝ダックタイピング） hoge = “Hello, world!” hoge = 123 print(“Hello, world!”); ◯ × String hoge = “Hello, world!” int hoge = 123 × ◯ If it walks like a duck and quacks like a duck, it must be a duck. もしそれがアヒルのように鳴き、アヒルのように歩いたら、それはアヒルである
9. 言語の特徴 ② ３．カッコでなくインデントでまとまりを示す if hoge == ‘aaa’: print(‘Hello,’) print(‘world!’) if hoge == ‘aaa’ { print(‘Hello,’) print(‘world!’) } ◯ × オフサイドルール
10. 本日の流れ １. Pythonについて ２. 開発環境の構築 　・pyenv、anacondaのインストール ３. ライブラリを使ってみる 　① 標準ライブラリでWebサイトからスクレイピング 　② 「matplotlib」で取得したデータのグラフ表示する ４. 基本的な機械学習アルゴリズムを自作してみる 　① エクセルのデータを読み込んでグラフ表示する 　② 「協調フィルタリング」の実装 ５. 「scikit-learn」で簡単に機械学習を実践してみる
11. OpenCVを使ってみる OpenCV 画像処理・解析のためのライブラリ conda install -c https://conda.anaconda.org/menpo opencv3 C/C++、Java、Python、MATLAB等、多数の言語に対応 Windows、macOS、Linux、Android、iOS等をサポート 機械学習の教師データのための画像整備のために必要
12. OpenCVを使ってみる ① import numpy as np import cv2 as cv img = cv.imread(‘Lenna.png’) cv.imshow(‘ウィンドウ名’, img) cv.waitKey(0) cv.destroyAllWindows() 画像を読み込み表示する
13. OpenCVを使ってみる ① import numpy as np import cv2 as cv img = cv.imread(‘Lenna.png’, cv.IMREAD_GRAYSCALE) cv.imshow(‘ウィンドウ名’, img) cv.imwrite(‘output.png’, img) cv.waitKey(0) cv.destroyAllWindows() グレースケールで画像を読み込み、保存する データ量を減らすために、グレースケールにしてから画像認識する
14. OpenCVを使ってみる ② ノイズ除去（平滑化、スムージング） 移動平均フィルタ メディアン（中央値）フィルタ 連続するデータにおいて、他値と乖離しているものを除去する手法
15. OpenCVを使ってみる ② 移動平均フィルタ 20 0 13 11 9 10 12 8 7 (20 + 12 + 8 + 13 + 7 + 11 + 9 + 10) / 8 = 11.25 20 11 13 11 9 10 12 8 7 補正するピクセルの周辺のピクセルの平均をとる ノイズや境界線の影響を受けて全体的にぼやける
16. OpenCVを使ってみる ② メディアンフィルタ 20 0 13 11 9 10 12 8 7 7、8、9、10、11、12、13、20の中央値→10 20 10 13 11 9 10 12 8 7 補正するピクセルの周辺のピクセルの中央値を適用する ノイズや境界線の影響を受けにくいので、ノイズのみを除去しやすい
17. OpenCVを使ってみる ③ ディープラーニング等の教師データとして反転した画像を追加する 画像反転
18. OpenCVを使ってみる ④ 輪郭抽出（物体認識）
19. OpenCVを使ってみる ⑤ 顔認識 OpenCVの標準の学習データを使って顔認識を行う 学習データを更新することで、認識物を変えたり、精度を向上できる
20. 本日の流れ １. 画像処理ライブラリ「OpenCV」を使ってみる 　・画像を読み込んで表示する 　・ノイズ除去、画像反転、輪郭抽出、顔認識 ２. 「TensorFlow」と「Keras」で画像分類してみる ３. 「IBM Watson」で画像解析してみる 　・風景写真の中から似た風景の写真を探す
21. TensorFlowとKeras TensorFlow Googleが開発しているオープンソースの機械学習ライブラリ ディープラーニングに対応している Keras Python用のニューラルネットワークライブラリ TensorFlowをバックエンドとして、同様の機能を完結な書き方で実現できる
22. ディープラーニング ① 人間の神経細胞の繋がりをモデルにした機械学習手法 パーセプトロン、ニューラルネットワーク 特徴A 特徴B 特徴C 閾値 結果（0 or 1） シグモイドニューロンの場合は0.0〜1.0の間 w1 w2 w3 １．学習したい物事を複数の特徴に分ける ２．特徴の重要性を重み（w1、w2、w3）として設定する ３．入力の合計値が、閾値を超えたら、1を返す
23. ディープラーニング ② パーセプトロンを層にしたもの 多層パーセプトロン（入力層、隠れ層、出力層が3つのもの） 入力層 出力層 隠れ層 重み付けが大変！
24. ディープラーニング ③ パーセプトロンを層にしたもの 多層パーセプトロン（入力層、隠れ層、出力層が3つのもの） 入力層 出力層 隠れ層 誤差逆伝播法（バックプロパゲーション） 誤差からパラメータを調整する手法 重み付けが大変！ 誤差 重み調整
25. ディープラーニング ④ 入力層、隠れ層、出力層が4つ以上のもので、誤差逆伝播法の問題点を 解決したもの ディープラーニング 入力層 出力層 隠れ層 … TensorFlow Playground http://playground.tensorflow.org/
26. 本日の流れ １. 画像処理ライブラリ「OpenCV」を使ってみる 　・画像を読み込んで表示する 　・ノイズ除去、画像反転、輪郭抽出、顔認識 ２. 「TensorFlow」と「Keras」で画像分類してみる ３. 「IBM Watson」で画像解析してみる 　・風景写真の中から似た風景の写真を探す
27. 「IBM Watson」で画像解析してみる あい旅っと 写真の風景に近い国内の風景を探し出し、マップを表示するアプリ
28. 「IBM Watson」で画像解析してみる あい旅っと 写真の風景に近い国内の風景を探し出し、マップを表示するアプリ
29. 「IBM Watson」で画像解析してみる Bluemix Watson API