生成Pytorch实现 Grad-CAM 基于 VGG16模型的代码

时间: 2024-01-22 14:21:32 浏览: 38
以下是基于VGG16模型的Grad-CAM PyTorch实现代码: ```python import torch import torch.nn as nn import torch.nn.functional as F from torchvision import models from torchvision import transforms from PIL import Image class VGG16(nn.Module): def __init__(self): super(VGG16, self).__init__() self.features = models.vgg16(pretrained=True).features self.avgpool = nn.AdaptiveAvgPool2d((1, 1)) self.classifier = nn.Sequential( nn.Linear(512 * 7 * 7, 4096), nn.ReLU(inplace=True), nn.Dropout(), nn.Linear(4096, 4096), nn.ReLU(inplace=True), nn.Dropout(), nn.Linear(4096, 1000), ) def forward(self, x): x = self.features(x) x = self.avgpool(x) x = torch.flatten(x, 1) x = self.classifier(x) return x class GradCAM: def __init__(self, model): self.model = model.eval() self.feature_maps = [] self.gradient_maps = [] # Registering hooks for feature maps and gradient maps self.model.features.register_forward_hook(self.save_feature_maps) self.model.features.register_backward_hook(self.save_gradient_maps) def save_feature_maps(self, module, input, output): # Save feature maps during forward pass self.feature_maps.append(output) def save_gradient_maps(self, module, grad_input, grad_output): # Save gradient maps during backward pass self.gradient_maps.append(grad_output[0]) def forward(self, x): return self.model(x) def backward(self, idx): # Calculate gradients of the output with respect to feature maps self.model.zero_grad() grad_output = torch.zeros_like(self.gradient_maps[-1]) grad_output[0][idx] = 1 self.gradient_maps[-1].backward(gradient=grad_output) def generate(self, x, idx): # Forward pass to get the predicted class self.forward(x) # Backward pass to get the gradients self.backward(idx) # Pool the gradients over the feature maps and normalize pooled_gradients = torch.mean(self.gradient_maps[-1], dim=[2, 3]) feature_maps = self.feature_maps[-1] for i in range(feature_maps.shape[1]): feature_maps[:, i, :, :] *= pooled_gradients[i] heatmap = torch.mean(feature_maps, dim=1).squeeze().detach().numpy() heatmap = np.maximum(heatmap, 0) heatmap /= np.max(heatmap) # Resize the heatmap to match the input image size heatmap = cv2.resize(heatmap, (x.shape[3], x.shape[2])) # Convert heatmap to RGB heatmap = np.uint8(255 * heatmap) heatmap = cv2.applyColorMap(heatmap, cv2.COLORMAP_JET) # Superimpose the heatmap on the input image superimposed_img = np.uint8(0.5 * x[0].permute(1, 2, 0).detach().numpy() + 0.5 * heatmap) return superimposed_img # Load the pre-trained VGG16 model model = VGG16() # Create GradCAM object gradcam = GradCAM(model) # Load the input image img = Image.open('input.jpg').convert('RGB') # Preprocess the input image transform = transforms.Compose([ transforms.Resize((224, 224)), transforms.ToTensor(), transforms.Normalize(mean=[0.485, 0.456, 0.406], std=[0.229, 0.224, 0.225]) ]) input_tensor = transform(img).unsqueeze(0) # Get the predicted class index output = gradcam.forward(input_tensor) predicted_idx = torch.argmax(output).item() # Generate the Grad-CAM heatmap cam = gradcam.generate(input_tensor, predicted_idx) # Save the output image output_img = Image.fromarray(cam) output_img.save('output.jpg') ``` 这段代码包括了VGG16模型的定义、Grad-CAM的实现、输入图像的预处理以及结果图像的保存。你只需将`input.jpg`替换为你自己的输入图像,运行代码即可得到Grad-CAM可视化结果图像`output.jpg`。

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