gen_dl_model_heatmap — Inferieren eines Samples und generieren einer Heatmap.
gen_dl_model_heatmap( : : DLModelHandle, DLSample, HeatmapMethod, TargetClasses, GenParam : DLResult)
Der Operator gen_dl_model_heatmap inferiert das Sample
DLSample und generiert eine Heatmap der in
TargetClasses angegebenen Klasse.
Dabei kann DLSample ein einzelnes Dictionary oder ein Tupel von
Dictionaries verschiedener Samples sein.
Dafür wird das in DLModelHandle gegebene Modell verwendet.
Der Parameter HeatmapMethod bestimmt, mit welcher Methode die
Heatmap berechnet wird.
Die Resultate werden in DLResult zurückgegeben mit einem
Ergebnis-Dictionary für jedes übergebene Sample.
Es gilt zu bemerken, dass DLResult jeweils neu angelegt wird und
somit bereits existierende Parameter dieses Namens überschrieben werden.
Eine Heatmap kann nützlich sein bei der Analyse, welche Teile eines Bildes
bei seiner Inferenz in eine bestimmte Klasse einen starken Einfluss haben.
Form und Größe dieser Bereiche und somit die Heatmaps können sich für
verschiedene Netzwerke stark von einander unterscheiden, insbesondere wenn
sich die Architekturen unterscheiden.
Es gibt verschiedene Methoden um eine Heatmap zu berechnen.
Die folgenden Methoden können über den Parameter HeatmapMethod
ausgewählt werden:
Liefert regionenbasierte Heatmap-Informationen basierend auf "Gradient-weighted Class Activation Mapping (Grad-CAM)". Für eine detailliertere Beschreibung wird auf auf das unten referenzierte Paper verwiesen.
Liefert pixelgenaue Heatmap-Informationen basierend auf "Guided Gradient-weighted Class Activation Mapping (Guided Grad-CAM)". Für eine detailliertere Beschreibung wird auf auf das unten referenzierte Paper verwiesen.
Der Eingabeparameter TargetClasses bestimmt die Zielklasse,
die Klasse, für welche die Heatmap generiert wird.
Als Wert wird die Klassen-ID gesetzt.
Alternativ kann auch ein leeres Tupel angegeben werden. In diesem Fall wird
die Heatmap für die Klasse mit höchstem Konfidenzwert generiert, also
die Klasse der besten Vorhersage.
Derzeit kann für TargetClasses entweder ein einziger Wert
oder ein leeres Tupel übergeben werden.
Folgende Werte können über das Dictionary GenParam
gesetzt werden:
target_conv_layer:
Legt fest, von welchem Faltungs-Layer die Aktivierung und
der Gradient zur Erstellung der Heatmap verwendet werden sollen.
Der Faltungs-Layer kann über seinen Namen NAME bestimmt werden,
wie er von 'summary' in get_dl_model_param
zurückgegeben wird, z.B. 'conv10'.
Als Standardwert wird der letzte (tiefste) Faltungs-Layer mit einer
nicht-trivialen Aktivierung (Weite und Höhe ungleich 1) verwendet.
Es wird empfohlen den Standardwert zu verwenden, da sich die
Aktivierung des tiefsten Faltungs-Layer in der Regel am besten zum
Erzeugen der Heatmap eignet.
use_conv_only:
Falls der ausgewählte Faltungs-Layer (mittels target_conv_layer)
mit einem direkt folgenden ReLU-Layer fusioniert ist,
kann mit diesem Parameter angegeben werden, von welchem dieser beiden
Layer die Aktivierung und die Gradienten für die Heatmap genutzt werden
sollen. Die folgenden Werte werden unterstützt:
'true': Faltungs-Layer
'false': ReLU-Layer
Restriktion: Nur anwendbar, wenn HeatmapMethod auf
'grad_cam' gesetzt ist.
Default: use_conv_only = 'true'.
scaling:Bestimmt die Art der Skalierung der Heatmap. Die folgenden Werte werden unterstützt:
'scale_after_relu': Alle negativen Werte der Heatmap werden auf 0 gesetzt. Anschließend werden alle Werte auf den Wertebereich [0,1] skaliert. Dadurch können auch Bereiche mit schwacher Aktivierung sehr hohe Werte nahe 1 erhalten.
'scale_before_relu': All Werte der Heatmap werden durch den maximalen Wert der Absolutbeträge dividiert und anschließend alle negativen Werte auf 0 gesetzt. Dadurch werden die Werte in den Bereich [0,1] skaliert. Im Vergleich zu 'scale_after_relu' müssen schwach aktivierte Bereiche jedoch nicht hohe Werte nahe der 1 bekommen.
'none': Die Werte der Heatmap werden nicht skaliert.
Restriktion: Nur anwendbar, wenn HeatmapMethod auf
'grad_cam' gesetzt ist.
Default: scaling = 'scale_after_relu'.
Jedes Ergebnis-Dictionary in DLResult beinhaltet die
Inferenz-Resultate wie sie mit apply_dl_model erhalten werden.
Zusätzlich beinhaltet es ein verschachteltes Dictionary unter dem Schlüssel
heatmap_method, wobei method der Name der Methode zur
Berechnung der Heatmap ist, wie in HeatmapMethod gegeben.
In diesem verschachtelten Dictionary ist die Heatmap unter dem Schlüssel
heatmap_image_class_classID abgespeichert, im Falle von
'guided_grad_cam' ist dieser Schlüssel
guided_grad_cam_image_class_classID, wobei classID
die ID der Zielklasse ist.
Systemvoraussetzungen:
Dieser Operator führt einen „backward pass“ durch, weshalb die gleichen
Systemvoraussetzungen wie für das Training von Deep Learning-Modellen gelten.
Für weitere Details wird auf den „Installation Guide“,
Abschnitt „Requirements for Deep Learning and Deep-Learning-Based Methods“,
verwiesen.
Die Heatmap dient als Hilfe um Klassifikationsergebnisse besser zu
verstehen und ist nicht zur Segmentierung geeignet.
Außerdem sei bemerkt, dass gen_dl_model_heatmap derzeit nur
Modelle mit 'type'='classification' unterstützt.
DLModelHandle (input_control) dl_model → (handle)
Handle des Deep Learning-basierten Modells.
DLSample (input_control) dict(-array) → (handle)
Dictionaries mit den Eingabedaten der Samples.
HeatmapMethod (input_control) string → (string)
Methode nach der die Heatmap berechnet wird.
Defaultwert: 'grad_cam'
Werteliste: 'grad_cam', 'guided_grad_cam'
TargetClasses (input_control) tuple → (integer)
IDs der Zielklasse.
Defaultwert: []
GenParam (input_control) dict → (handle)
Dictionary für generische Parameter.
Defaultwert: []
DLResult (output_control) dict(-array) → (handle)
Dictionaries mit den Resultaten.
R. R. Selvaraju, M. Cogswell, A. Das, R. Vedantam, D. Parikh, D. Batra: "Grad-CAM: Visual Explanations from Deep Networks via Gradient-Based Localization," 2017 IEEE International Conference on Computer Vision (ICCV), Venice, 2017, pp. 618-626. doi: 10.1109/ICCV.2017.74
Deep Learning Inference