【AI】LobeからExportしたモデルの使い方

➊はじめに

前回は『【AI】LobeでMNISTをやってみた』にて、AI側については一切プログラミングすることなく、推論エンジンをローカルPCにデプロイしました。また、Local APIを介してアプリと推論エンジンの通信を行いました。

➋今回やること

LobeからTensorFlow(saved_model)形式でエクスポートし、そのモデルを利用できるか確認してみたいと思います。今回はLobeが用意した➎Lobe-APIを使用する方法と、➏tensorflowライブラリを使用する方法の2種類を検証したいと思います。

➌Lobeからエクスポート

■エクスポート形式

Lobeからのエクスポート形式は、以下4つに対応しています。
今回は「TensorFlow 1.15 SavedModel」を検証します。

Export	説明
TensorFlow 1.15 SavedModel	TensorFlowのSavedModelは、TensorFlow 1.xを実行するPythonアプリケーションで使用される標準形式であり、TensorFlow Webサービスにデプロイして、APIとしてクラウド上で推論を実行できます。
AndroidまたはRaspberryPi	モデルをTensorFlowLiteとしてエクスポートして、モバイルおよびIoTアプリケーションで使用します。
Apple iOS	モデルをCoreMLとしてエクスポートして、iOS、iPad、およびMacアプリを開発します。
ローカルAPI	LobeはローカルAPIをホストして、RESTエンドポイントを介してモデルを呼び出します。このオプションを使用して、アプリの開発中に予測を実行するサービスをモックします。

■エクスポート実施

■Lobeから対象PJを開いて、[Export]を押下します。

■[TensorFlow]を押下します。

■書き出しフォルダを選択するとExportが始まります。

■エクスポート結果

SavedModel形式については、TensorFlow：「SavedModel形式の使用」等をご参考ください。

export model
    │
    ├─example
    │     │
    │     ├─README.md
    │     ├─requirements.txt
    │     └─tf_example.py
    │
    ├─variables
    │     │
    │     ├─variables.data-00000-of-00001
    │     └─variables.index
    │
    ├─saved_model.pb
    └─signature.json

➍Lobe-APIとは

Lobeは、Exportしたモデルを簡単に読み込むためのライブラリLobe-APIを用意しています。このLobe-APIを使うと以下の通りイメージファイル、URL、画像データから直接推論が可能となります。ただし、Lobe-APIをインストールするとtensorflowのバージョンが1.15にデグレードされてしまうので注意が必要です。

詳細はここ → Lobe-API：https://github.com/lobe/lobe-python

OPTION 1：イメージファイルから推論する場合

from lobe import ImageModel

model = ImageModel.load('path/to/ExportFolder')
result = model.predict_from_file('path/to/file.png')

OPTION 2：URLから推論する場合

from lobe import ImageModel

model = ImageModel.load('path/to/ExportFolder')
result = model.predict_from_url('http://path/to/file.png')

OPTION 3：Pillow imageから推論する場合

from lobe import ImageModel
from PIL import Image

model = ImageModel.load('path/to/ExportFolder')
img = Image.open('path/to/file.png')
result = model.predict(img)

➎【使い方1】Lobe-APIを使用

では、早速Lobe-APIを使って推論を実施させたいと思います。

■python仮想環境構築

まず、anacondaのcondaコマンドを使用して、python仮想環境[lober1]を作ります。
Lobe-APIはpython=3.7以上でないと動かないため以下のように設定します。

2020/11現在、Google ColabのPythonバージョンは3.6.9なので、Google ColabではLobe-APIは使えませんでした。

仮想環境［lober1］構築

C:\Lobe test>conda create -n lober1 python=3.7
C:\Lobe test>conda activate lober1

■Lobe-APIのインストール

依存関係にあるライブラリも合わせて自動でインストールされます。

Lobe-APIインストール

(lober1) C:\Lobe test>pip install git+https://github.com/lobe/lobe-python

■Lobe-APIが返却する推論結果数を変更

Lobe-APIのデフォルトでは、推論結果を「認識率ベスト5までのクラスをソート」して返却してきます。
推論結果をどの様に使うかによりますが、今回は全クラス返却するように変更します。
仮想環境[lober1]下にインストールされたライブラリを修正します。

C:\Users\[username]\anaconda3\envs\lober1\Lib\site-packages\lobe_results.py
「_results.py」のLine20を以下の様に修正します。

_results.py

 20:        top_predictions = confidences.argsort()[-5:][::-1]　← ベスト5のみに絞っている
                            ↓↓↓↓
 20:        top_predictions = confidences.argsort()[:][::-1]　　← 全クラスに変更

■サンプルプログラム

src01.py

############################################################
# Lobeで作ったモデルを使う方法 1
############################################################
import tensorflow as tf
from lobe import ImageModel


print("tensorflow : ", tf.__version__)


############################################################
# Export Model読込
############################################################
model = ImageModel.load('export model')


#-----------------------------------------------------
# OPTION 1: イメージファイルから推論する場合
#-----------------------------------------------------
print('■OPTION 1: Predict from an image file')
result = model.predict_from_file('sample.png')
pred = result.prediction
sorted_labels = sorted(result.labels)
conf = sorted_labels[int(result.prediction)][1]
print('predict   ：', pred)
print('confidence： {:1.010f}'.format(conf))

for label, conf in (sorted(result.labels)):
    print(label, '{:1.030f}'.format(conf))
print()


#-----------------------------------------------------
# OPTION 2: URLから推論する場合
#-----------------------------------------------------
print('■OPTION 2: Predict from an image url')
result = model.predict_from_url('https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/405376/4f9c554d-f3f5-fc8d-2e08-30e8eb6079a4.png')

pred = result.prediction
sorted_labels = sorted(result.labels)
conf = sorted_labels[int(result.prediction)][1]
print('predict   ：', pred)
print('confidence： {:1.010f}'.format(conf))

for label, conf in (sorted(result.labels)):
    print(label, '{:1.030f}'.format(conf))
print()


#-----------------------------------------------------
# OPTION 3: Pillow imageから推論する場合
#-----------------------------------------------------
print('■OPTION 3: Predict from Pillow image')
from PIL import Image
img = Image.open('sample.png')
result = model.predict(img)

pred = result.prediction
sorted_labels = sorted(result.labels)
conf = sorted_labels[int(result.prediction)][1]
print('predict   ：', pred)
print('confidence： {:1.010f}'.format(conf))

for label, conf in (sorted(result.labels)):
    print(label, '{:1.030f}'.format(conf))
print()

■サンプルデータ

以下のサンプルデータを「sample.png」として「src01.py」と同じフォルダに保存してください。

サンプルデータ：sample.png
サンプル画像URL：https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/405376/4f9c554d-f3f5-fc8d-2e08-30e8eb6079a4.png

■プログラミング実行結果

src01.py実行結果

(lober1) C:\Lobe test>python src01.py
tensorflow :  1.15.4
■OPTION 1: Predict from an image file
predict   ： 9
confidence： 0.9999991655
0 0.000000000000000000004691450972
1 0.000000000000000000000000000000
2 0.000000000000000000204086976737
3 0.000000000000000000000101685206
4 0.000000000000000012389047993676
5 0.000000000000000000010694401651
6 0.000000000000000000000000045193
7 0.000000881124378793174400925636
8 0.000000000000000404111716429163
9 0.999999165534973144531250000000

■OPTION 2: Predict from an image url
predict   ： 9
confidence： 0.9999991655
0 0.000000000000000000004691450972
1 0.000000000000000000000000000000
2 0.000000000000000000204086976737
3 0.000000000000000000000101685206
4 0.000000000000000012389047993676
5 0.000000000000000000010694401651
6 0.000000000000000000000000045193
7 0.000000881124378793174400925636
8 0.000000000000000404111716429163
9 0.999999165534973144531250000000

■OPTION 3: Predict from Pillow image
predict   ： 9
confidence： 0.9999991655
0 0.000000000000000000004691450972
1 0.000000000000000000000000000000
2 0.000000000000000000204086976737
3 0.000000000000000000000101685206
4 0.000000000000000012389047993676
5 0.000000000000000000010694401651
6 0.000000000000000000000000045193
7 0.000000881124378793174400925636
8 0.000000000000000404111716429163
9 0.999999165534973144531250000000

➏【使い方2】TensorFlowライブラリを使用

Lobe-APIを使用せずに、tensorflowライブラリを使って推論する方法です。

■python仮想環境構築

anacondaを利用してpython仮想環境[lober2]を作ります。

仮想環境［lober2］構築

(lober1) C:\Lobe test>conda deactivate
C:\Lobe test>conda create -n lober2 python=3.7
C:\Lobe test>conda activate lober2
(lober2) C:\Lobe test>conda install tensorflow pillow

■サンプルプログラム

src02.py

############################################################
# Lobeで作ったモデルを使う方法 2
############################################################
import json
import numpy as np
import tensorflow as tf
from PIL import Image
from tensorflow.keras.preprocessing.image import img_to_array


print("tensorflow : ", tf.__version__)
export_holder = 'export model/'


############################################################
# Export Model読込
############################################################
# https://www.tensorflow.org/guide/saved_model
# signature読込
sig_holder = export_holder + 'signature.json'
with open(sig_holder, 'r') as f:
    signature = json.load(f)

inputs = signature.get('inputs')
outputs = signature.get('outputs')

# モデルの学習画像サイズを取得
input_width, input_height = inputs['Image']['shape'][1:3]

# model読込
model = tf.saved_model.load(export_holder)
infer = model.signatures['serving_default']


############################################################
# 画像データ読込
############################################################
imgPIL = Image.open('sample.png')
imgPIL = imgPIL.convert('RGB')
imgPIL = imgPIL.resize((input_width, input_height))

x = img_to_array(imgPIL) / 255
x = x[None, ...]

############################################################
# 推論
############################################################
predict = infer(tf.constant(x))

# 推論結果
predict = infer(tf.constant(x))['Prediction'][0]
print('predict   ：', predict.numpy().decode())

# 確率
confidence = infer(tf.constant(x))['Confidences'][0]
confidence = confidence.numpy()
print('confidence： {:1.010f}'.format(confidence[int(predict)]))
print()

for i, conf in enumerate(confidence):
    print(i, '{:1.030f}'.format(conf))
print()

■サンプルデータ

以下のサンプルデータを「sample.png」として「src02.py」と同じフォルダに保存してください。

サンプルデータ：sample.png

■プログラミング実行結果

src02.py実行結果

(lober1) C:\Lobe test>python src02.py
tensorflow :  2.1.0
predict   ： 9
confidence： 0.9999991655

0 0.000000000000000000004691540637
1 0.000000000000000000000000000000
2 0.000000000000000000204095532887
3 0.000000000000000000000101689472
4 0.000000000000000012389331716626
5 0.000000000000000000010694728000
6 0.000000000000000000000000045193
7 0.000000881154619492008350789547
8 0.000000000000000404117883887810
9 0.999999165534973144531250000000

➐手書きアプリケーション

せっかくなので、いつもの手書きwebツールのmnisterをTensorflowモデルを読み込めるように改造してみました。こちらは【使い方2】のTensorFlowライブラリを使用する方法でモデルを利用しています。ダウンロードは以下から取得可能となっていますので、ぜひご参考ください。

※「mnister_for_tensorflow」アプリケーションを動作させる場合は、LobeのTensorFlow Exportモデルを各自用意する必要があります。モデルの作り方は『【AI】LobeでMNISTをやってみた』と『本項➌』を参考にすれば簡単に実行できます。

■システム図

■ダウンロード

mnister_for_Tensorflowを格納するディレクトリに移動後、以下のgit cloneコマンドを打ち込んでmnister_for_TensorflowツールをGETしてください。実行方法などはREADME.mdをご参照ください。

command

git clone https://github.com/PoodleMaster/mnister_for_tensorflow

Github : https://github.com/PoodleMaster/mnister_for_tensorflow

➑以上

LobeからエクスポートしたTensorFlowモデルは、APIなども用意されており、問題なく簡単に利用することができました。

microsoftの『Lobe』やGoogleの『Teachable Machine』など、AIプログラミングすることなく、誰でも簡単にモデルを構築できたり、推論結果からモデルの更新ができるようになってきました。これからは、益々AIでどんなサービスができるかが重要視される時代になっていくんでしょうね…

お疲れ様でした。