Безопасность пищевых продуктов является важным вопросом, связанным со здоровьем населения. С развитием науки и техники технологии глубокого обучения все чаще используются в мониторинге безопасности пищевых продуктов. Благодаря автоматизации и интеллектуальным средствам можно эффективно повысить эффективность и точность определения качества пищевых продуктов. В этой статье будет показано, как использовать Python для реализации модели глубокого обучения для интеллектуального мониторинга безопасности пищевых продуктов, а также продемонстрирован процесс реализации на примерах кода.
Этот проект направлен на создание интеллектуальной системы мониторинга безопасности пищевых продуктов, основанной на глубоком обучении и использующей технологию распознавания изображений для автоматического обнаружения посторонних веществ или нежелательных состояний в пищевых продуктах, таких как плесень, загрязнение и т. д. Конкретные шаги включают в себя:
Во-первых, нам нужно подготовить набор данных изображений пищевых продуктов, который содержит изображения нормальных и ненормальных (плесень, загрязнение и т. д.) продуктов питания. Данные можно собирать из наборов данных с открытым исходным кодом, таких как Kaggle, или самостоятельно.
import os
import pandas as pd
from sklearn.model_selection import train_test_split
# Предполагая, что набор данных загружен и сохранен в каталоге
data_dir = 'food_images/'
labels = []
images = []
for label in os.listdir(data_dir):
for file in os.listdir(os.path.join(data_dir, label)):
if file.endswith('.jpg') or file.endswith('.png'):
images.append(os.path.join(data_dir, label, file))
labels.append(label)
# CreateDataFrame
df = pd.DataFrame({
'image': images,
'label': labels
})
# Разделите обучающий набор и тестовый набор
train_df, test_df = train_test_split(df, test_size=0.2, random_state=42)
Используйте TensorFlow и Keras для предварительной обработки и улучшения данных изображения, чтобы улучшить возможности обобщения модели.
import tensorflow as tf
from tensorflow.keras.preprocessing.image import ImageDataGenerator
# увеличение данных
train_datagen = ImageDataGenerator(
rescale=1./255,
shear_range=0.2,
zoom_range=0.2,
horizontal_flip=True
)
test_datagen = ImageDataGenerator(rescale=1./255)
train_generator = train_datagen.flow_from_dataframe(
train_df,
x_col='image',
y_col='label',
target_size=(150, 150),
batch_size=32,
class_mode='binary'
)
test_generator = test_datagen.flow_from_dataframe(
test_df,
x_col='image',
y_col='label',
target_size=(150, 150),
batch_size=32,
class_mode='binary'
)
Мы будем использовать сверточные нейронные сети (CNN) для построения моделей глубокого обучения. CNN обладает превосходными характеристиками при обработке изображений и очень подходит для обнаружения безопасности пищевых продуктов.
from tensorflow.keras.models import Sequential
from tensorflow.keras.layers import Conv2D, MaxPooling2D, Flatten, Dense, Dropout
# Построить модель CNN
model = Sequential([
Conv2D(32, (3, 3), activation='relu', input_shape=(150, 150, 3)),
MaxPooling2D((2, 2)),
Conv2D(64, (3, 3), activation='relu'),
MaxPooling2D((2, 2)),
Conv2D(128, (3, 3), activation='relu'),
MaxPooling2D((2, 2)),
Flatten(),
Dense(512, activation='relu'),
Dropout(0.5),
Dense(1, activation='sigmoid')
])
model.compile(optimizer='adam', loss='binary_crossentropy', metrics=['accuracy'])
Обучите модель с помощью набора обучающих данных и оцените производительность модели в наборе проверочных данных.
history = model.fit(
train_generator,
steps_per_epoch=train_generator.samples // train_generator.batch_size,
epochs=10,
validation_data=test_generator,
validation_steps=test_generator.samples // test_generator.batch_size
)
После завершения обучения нам необходимо оценить производительность модели и оптимизировать ее.
# Оценка модели
loss, accuracy = model.evaluate(test_generator)
print(f'Потеря проверки: {loss:.4f}, Точность: {accuracy:.4f}')
# Нарисуйте кривую обучения
import matplotlib.pyplot as plt
plt.plot(history.history['accuracy'], label='Точность обучения')
plt.plot(history.history['val_accuracy'], label='Точность проверки')
plt.xlabel('Epochs')
plt.ylabel('Accuracy')
plt.legend()
plt.show()
Обученную модель можно использовать для реального мониторинга безопасности пищевых продуктов. Изображения пищевых продуктов собираются в режиме реального времени, вводятся в модель для обнаружения и выводятся результаты обнаружения.
from tensorflow.keras.preprocessing import image
import numpy as np
def predict_image(img_path):
img = image.load_img(img_path, target_size=(150, 150))
img_array = image.img_to_array(img) / 255.0
img_array = np.expand_dims(img_array, axis=0)
prediction = model.predict(img_array)
return 'нормальный' if prediction[0][0] > 0.5 else 'аномальный'
# Пример: Обнаружение изображения еды
print(predict_image('path/to/food_image.jpg'))
Во введении к этой статье мы покажем, как использовать Python и технологию глубокого обучения для создания интеллектуальной системы мониторинга безопасности пищевых продуктов. Система использует технологию распознавания изображений для автоматического обнаружения посторонних веществ или плохих условий в продуктах питания, повышая эффективность и точность проверки качества продуктов питания. Мы надеемся, что эта статья может предоставить читателям ценную информацию и вдохновить на дальнейшие исследования и инновации в области интеллектуального мониторинга безопасности пищевых продуктов.