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wzjs 2025/8/14 3:01:33

汾阳市网架公司,廊坊seo关键词优化,品牌网站建设有哪些,网站桥页怎么找一、引言上一期文章《深度学习｜MAE技术全景图：自监督学习的“掩码魔法“如何重塑AI基础》带大家走进计算机视觉的热门话题——MAE（Masked Autoencoders）。俗话说：“光说不练假把式”。今天就带使用 MAE 进行图像重建…

一、引言

上一期文章《深度学习｜MAE技术全景图：自监督学习的“掩码魔法“如何重塑AI基础》带大家走进计算机视觉的热门话题——MAE（Masked Autoencoders）。俗话说：“光说不练假把式”。今天就带使用 MAE 进行图像重建和目标检测。如果你是个 Python 小白，别怕，我会用通俗的语言一步步带你入门。我们不仅会实现一个简单的图像重建项目，还会扩展到目标检测的实战，让你从零开始感受 MAE 的强大之处。准备好了吗？Let’s go！

二、什么是 MAE？它为什么重要？

MAE 全称是 Masked Autoencoders，也就是“掩码自编码器”。简单来说，它的工作方式就像玩拼图：把一张图片的一部分“遮住”（掩码），然后让模型去“猜”被遮住的部分是什么。MAE 是 2021 年何恺明等人提出的一种自监督学习方法，基于 Transformer 架构，通过“掩码+重建”的方式，让模型学会理解图片的深层特征。
在这里插入图片描述
它的核心流程是：

随机遮住图片的 75%（或更多）区域。
用编码器（Encoder）处理剩下的可见部分。
用解码器（Decoder）尝试把遮住的部分补回来。
通过对比重建结果和原图，优化模型。

MAE 的厉害之处在于，它不需要大量标注数据，就能学到强大的图像表示。这对目标检测、图像分类等任务来说，是个很好的起点。好了，理论讲完，咱们直接上手干活！

三、项目实战 1：用 MAE 重建一张图片

我们先从一个简单的图像重建项目开始，帮你熟悉 MAE 的基本流程。

1. 环境准备

确保你安装了以下库：

Python 3.x
PyTorch
torchvision
matplotlib

安装命令：

pip install torch torchvision matplotlib

2. 代码实现

下面是代码，带详细注释：

import torch
import torch.nn as nn
import torch.optim as optim
import torchvision.transforms as transforms
from PIL import Image
import matplotlib.pyplot as plt# 1. 加载和预处理图片
def load_image(image_path):image = Image.open(image_path).convert('RGB')transform = transforms.Compose([transforms.Resize((224, 224)),transforms.ToTensor()])return transform(image).unsqueeze(0)# 2. 定义简化的 MAE 模型
class SimpleMAE(nn.Module):def __init__(self, patch_size=16, mask_ratio=0.25):  # 降低掩码比例super(SimpleMAE, self).__init__()self.patch_size = patch_sizeself.mask_ratio = mask_ratio# 编码器self.encoder = nn.Sequential(nn.Conv2d(3, 64, kernel_size=3, stride=2, padding=1),nn.ReLU(),nn.Conv2d(64, 128, kernel_size=3, stride=2, padding=1),nn.ReLU())# 解码器self.decoder = nn.Sequential(nn.ConvTranspose2d(128, 64, kernel_size=3, stride=2, padding=1, output_padding=1),nn.ReLU(),nn.ConvTranspose2d(64, 3, kernel_size=3, stride=2, padding=1, output_padding=1)# 去掉 Sigmoid，直接输出)def forward(self, x):encoded = self.encoder(x)mask = torch.rand(encoded.shape) > self.mask_ratiomasked_encoded = encoded * mask.to(encoded.device)reconstructed = self.decoder(masked_encoded)return reconstructed# 3. 伪训练函数
def pseudo_train(model, image, epochs=10):optimizer = optim.Adam(model.parameters(), lr=0.001)criterion = nn.MSELoss()  # 均方误差损失for _ in range(epochs):optimizer.zero_grad()reconstructed = model(image)loss = criterion(reconstructed, image)loss.backward()optimizer.step()return model# 4. 主函数
def main():image_path = "example.jpg"  # 替换为你的图片路径original_image = load_image(image_path)device = torch.device("cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu")model = SimpleMAE().to(device)original_image = original_image.to(device)# 伪训练模型model = pseudo_train(model, original_image, epochs=50)  # 跑 50 次简单拟合# 前向传播with torch.no_grad():reconstructed_image = model(original_image)# 显示结果plt.figure(figsize=(10, 5))plt.subplot(1, 2, 1)plt.title("Original Image")plt.imshow(original_image.squeeze(0).permute(1, 2, 0).cpu().numpy())plt.axis("off")plt.subplot(1, 2, 2)plt.title("Reconstructed Image")plt.imshow(reconstructed_image.squeeze(0).permute(1, 2, 0).cpu().numpy())plt.axis("off")plt.show()if __name__ == "__main__":main()

3. 运行与结果

把一张图片（比如 example.jpg）放在代码目录下，运行后会显示原图和重建图。第一次运行效果可能不好，因为模型没训练，但这能帮你理解 MAE 的基本原理。
在这里插入图片描述

四、项目实战 2：用 MAE 助力目标检测

图像重建只是 MAE 的“热身”，它的真正实力在于为下游任务（如目标检测）提供预训练模型。我们接下来实现一个简单的目标检测项目，用 MAE 提取特征，再结合一个检测头，识别图片中的对象。

1. 目标检测简介

目标检测的任务是找到图片中的对象，并标注出它们的位置（用边界框表示）和类别（比如“猫”“狗”）。经典模型有 YOLO、Faster R-CNN 等。我们这里用一个极简版，基于 MAE 的特征提取。

2. 环境准备

除了之前的库，我们还需要 torchvision 的检测工具：

pip install torch torchvision matplotlib

3. 代码实现

我们会在 MAE 的基础上加一个检测头，预测边界框和类别：

import torch
import torch.nn as nn
import torch.optim as optim
import torchvision.transforms as transforms
from PIL import Image
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.patches as patches# 1. 加载图片
def load_image(image_path, target_size=224):image = Image.open(image_path).convert('RGB')transform = transforms.Compose([transforms.Resize((target_size, target_size)),  # 直接缩放到 224*224transforms.ToTensor()])return transform(image).unsqueeze(0), (800, 800)  # 返回原始尺寸 800*800# 2. 定义带检测头的 MAE 模型
class MAEWithDetection(nn.Module):def __init__(self, patch_size=16, mask_ratio=0.25, num_classes=2):super(MAEWithDetection, self).__init__()self.patch_size = patch_sizeself.mask_ratio = mask_ratioself.encoder = nn.Sequential(nn.Conv2d(3, 64, kernel_size=3, stride=2, padding=1),nn.ReLU(),nn.Conv2d(64, 128, kernel_size=3, stride=2, padding=1),nn.ReLU())self.detection_head = nn.Sequential(nn.Conv2d(128, 256, kernel_size=3, padding=1),nn.ReLU(),nn.Conv2d(256, 4 + num_classes, kernel_size=1))def forward(self, x):encoded = self.encoder(x)mask = torch.rand(encoded.shape) > self.mask_ratiomasked_encoded = encoded * mask.to(encoded.device)detection_output = self.detection_head(masked_encoded)return detection_output# 3. 伪训练函数
def pseudo_train(model, image, target, epochs=100):optimizer = optim.Adam(model.parameters(), lr=0.001)criterion = nn.MSELoss()for _ in range(epochs):optimizer.zero_grad()output = model(image)loss = criterion(output, target)loss.backward()optimizer.step()return model# 4. 创建伪标注（基于 800*800，猫的位置）
def create_pseudo_target(image_shape, feature_shape, orig_size):target = torch.zeros(feature_shape)  # [1, 6, H, W]h, w = feature_shape[2], feature_shape[3]  # 56*56orig_w, orig_h = orig_size  # 800*800# 猫的边界框 (x, y, w, h) = (350, 170, 570, 580)cat_x, cat_y, cat_w, cat_h = 350, 170, 570, 580target_h = int(cat_y / orig_h * h)  # 映射到特征图高度target_w = int(cat_x / orig_w * w)  # 映射到特征图宽度target[0, 0, target_h, target_w] = cat_x / orig_w * w  # xtarget[0, 1, target_h, target_w] = cat_y / orig_h * h  # ytarget[0, 2, target_h, target_w] = cat_w / orig_w * w  # wtarget[0, 3, target_h, target_w] = cat_h / orig_h * h  # htarget[0, 4, target_h, target_w] = 1.0                # 猫的类别得分target[0, 5, target_h, target_w] = 0.0                # 狗的类别得分return target# 5. 可视化检测结果（映射回 800*800）
def visualize_detection(image, detection_output, orig_size):fig, ax = plt.subplots(1)ax.imshow(image.squeeze(0).permute(1, 2, 0).cpu().numpy())detection = detection_output[0].cpu().detach().numpy()h, w = detection.shape[1:]  # 56*56orig_w, orig_h = orig_size  # 800*800scale_h, scale_w = orig_h / h, orig_w / w  # 缩放系数# 取类别得分最高的位置cls_scores = detection[4:, :, :]  # [2, H, W]max_score = cls_scores.max()max_idx = cls_scores.argmax()cls_idx = max_idx // (h * w)  # 0: 猫, 1: 狗max_h = (max_idx % (h * w)) // wmax_w = (max_idx % (h * w)) % wif max_score > 0.1:x, y, w_box, h_box = detection[:4, max_h, max_w]rect = patches.Rectangle((x * scale_w, y * scale_h), w_box * scale_w, h_box * scale_h,linewidth=2, edgecolor='r' if cls_idx == 0 else 'b', facecolor='none')ax.add_patch(rect)ax.text(x * scale_w, y * scale_h, 'Cat' if cls_idx == 0 else 'Dog',color='r' if cls_idx == 0 else 'b')plt.title("Detected Objects")plt.axis("off")plt.show()# 6. 主函数
def main():image_path = "cat.jpeg"  # 替换为你的 800*800 图片路径original_image, orig_size = load_image(image_path)device = torch.device("cuda" if torch.cuda.is_available() else "cpu")model = MAEWithDetection(num_classes=2).to(device)original_image = original_image.to(device)# 创建伪标注并伪训练feature_shape = (1, 6, 56, 56)  # 检测头输出形状target = create_pseudo_target(original_image.shape, feature_shape, orig_size).to(device)model = pseudo_train(model, original_image, target, epochs=100)# 前向传播with torch.no_grad():detection_output = model(original_image)# 可视化visualize_detection(original_image, detection_output, orig_size)if __name__ == "__main__":main()