Обработка изображений с помощью развертываний пакетной модели
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ:Расширение машинного обучения Azure CLI версии 2 (current)
Python SDK azure-ai-ml версии 2 (current)
Развертывания пакетной модели можно использовать для обработки табличных данных, но и других типов файлов, таких как изображения. Эти развертывания поддерживаются как в MLflow, так и в пользовательских моделях. Из этой статьи вы узнаете, как развернуть модель, классифицизующую изображения в соответствии с таксономией ImageNet.
Необходимые компоненты
Подписка Azure. Если у вас еще нет подписки Azure, создайте бесплатную учетную запись, прежде чем начинать работу.
Рабочая область Машинного обучения Azure. Сведения о создании рабочей области см. в разделе "Управление Машинное обучение Azure рабочих областей".
Следующие разрешения в рабочей области Машинное обучение Azure:
- Для создания конечных точек и развертываний пакетной службы или управления ими используйте роль владельца, участника или настраиваемую роль, назначаемую
Microsoft.MachineLearningServices/workspaces/batchEndpoints/*
разрешениями. - Для создания развертываний Azure Resource Manager в группе ресурсов рабочей области: используйте владельца, участника или настраиваемую роль,
Microsoft.Resources/deployments/write
назначаемую разрешением в группе ресурсов, в которой развернута рабочая область.
- Для создания конечных точек и развертываний пакетной службы или управления ими используйте роль владельца, участника или настраиваемую роль, назначаемую
Интерфейс командной строки Машинное обучение Azure или пакет SDK Машинное обучение Azure для Python:
Выполните следующую команду, чтобы установить Azure CLI и
ml
расширение для Машинное обучение Azure:az extension add -n ml
Развертывания компонентов конвейера для конечных точек пакетной службы представлены в версии 2.7
ml
расширения для Azure CLI.az extension update --name ml
Используйте команду, чтобы получить последнюю версию.
Подключение к рабочей области
Рабочая область — это ресурс верхнего уровня для Машинного обучения Azure. Он предоставляет централизованное место для работы со всеми артефактами, создаваемыми при использовании Машинное обучение Azure. В этом разделе описано, как подключиться к рабочей области, в которой выполняются задачи развертывания.
В следующей команде введите идентификатор подписки, имя рабочей области, имя группы ресурсов и расположение:
az account set --subscription <subscription>
az configure --defaults workspace=<workspace> group=<resource-group> location=<location>
Об этом примере
В этой статье используется модель, созданная с помощью TensorFlow, а также архитектура RestNet. Дополнительные сведения см. в разделе "Сопоставления удостоверений" в глубоких остаточных сетях. Вы можете скачать пример этой модели. Модель имеет следующие ограничения:
- Он работает с изображениями размером 244x244 (тензорами
(224, 224, 3)
). - Для этого требуется масштабирование входных данных до диапазона
[0,1]
.
Сведения в этой статье основаны на примерах кода, имеющихся в репозитории azureml-examples. Чтобы выполнить команды локально без необходимости копирования и вставки YAML и других файлов, клонируйте репозиторий. Измените каталоги на cli/endpoints/batch/deploy-models/imagenet-classifier , если вы используете Azure CLI или sdk/python/endpoints/batch/deploy-models/imagenet-classifier , если вы используете пакет sdk для Python.
git clone https://github.com/Azure/azureml-examples --depth 1
cd azureml-examples/cli/endpoints/batch/deploy-models/imagenet-classifier
Следуйте инструкциям в Jupyter Notebooks
Вы можете следовать этому примеру в Jupyter Notebook. В клонированного репозитория откройте записную книжку: imagenet-classifier-batch.ipynb.
Классификация изображений с помощью пакетных развертываний
В этом примере вы узнаете, как развернуть модель глубокого обучения, которая может классифицировать заданный образ в соответствии с таксономией ImageNet.
Создание конечной точки
Создайте конечную точку, на которую размещена модель:
Укажите имя конечной точки.
ENDPOINT_NAME="imagenet-classifier-batch"
Создайте следующий ФАЙЛ YAML, чтобы определить конечную точку пакетной службы с именем endpoint.yml:
$schema: https://azuremlschemas.azureedge.net/latest/batchEndpoint.schema.json name: imagenet-classifier-batch description: A batch endpoint for performing image classification using a TFHub model ImageNet model. auth_mode: aad_token
Чтобы создать конечную точку, выполните следующий код:
az ml batch-endpoint create --file endpoint.yml --name $ENDPOINT_NAME
Регистрация модели.
Развертывания моделей могут развертывать только зарегистрированные модели. Необходимо зарегистрировать модель. Этот шаг можно пропустить, если модель, которую вы пытаетесь развернуть, уже зарегистрирована.
Скачайте копию модели.
регистрация модели;
Создание сценария оценки
Создайте скрипт оценки, который может считывать изображения, предоставляемые пакетным развертыванием, и возвращать оценки модели.
- Метод
init
загружает модель с помощьюkeras
модуля вtensorflow
. - Метод
run
выполняется для каждого мини-пакета, который предоставляет пакетное развертывание. - Метод
run
за раз считывает один образ файла. - Метод
run
изменяет размер изображений до ожидаемых размеров модели. - Метод
run
перемасштабирует изображения до домена диапазона[0,1]
, который ожидает модель. - Скрипт возвращает классы и вероятности, связанные с прогнозами.
Этот код представляет собой файл кода/score-by-file/batch_driver.py :
import os
import numpy as np
import pandas as pd
import tensorflow as tf
from os.path import basename
from PIL import Image
from tensorflow.keras.models import load_model
def init():
global model
global input_width
global input_height
# AZUREML_MODEL_DIR is an environment variable created during deployment
model_path = os.path.join(os.environ["AZUREML_MODEL_DIR"], "model")
# load the model
model = load_model(model_path)
input_width = 244
input_height = 244
def run(mini_batch):
results = []
for image in mini_batch:
data = Image.open(image).resize(
(input_width, input_height)
) # Read and resize the image
data = np.array(data) / 255.0 # Normalize
data_batch = tf.expand_dims(
data, axis=0
) # create a batch of size (1, 244, 244, 3)
# perform inference
pred = model.predict(data_batch)
# Compute probabilities, classes and labels
pred_prob = tf.math.reduce_max(tf.math.softmax(pred, axis=-1)).numpy()
pred_class = tf.math.argmax(pred, axis=-1).numpy()
results.append([basename(image), pred_class[0], pred_prob])
return pd.DataFrame(results)
Совет
Хотя образы предоставляются в мини-пакетах развертывания, этот скрипт оценки обрабатывает один образ за раз. Это распространенный шаблон, так как попытка загрузить весь пакет и отправить его в модель одновременно может привести к высокой нагрузке на пакетный исполнитель (исключения OOM).
В некоторых случаях это обеспечивает высокую пропускную способность в задаче оценки. Это относится к пакетным развертываниям на оборудовании GPU, где требуется обеспечить высокую загрузку GPU. Сценарий оценки, который использует этот подход, см. в статье о развертывании высокой пропускной способности.
Примечание.
Если вы хотите развернуть созданную модель, которая создает файлы, узнайте, как создать скрипт оценки: настроить выходные данные в пакетных развертываниях.
Создание развертывания
После создания скрипта оценки создайте пакетное развертывание для него. Это можно сделать следующим образом:
Убедитесь, что у вас есть вычислительный кластер, в котором можно создать развертывание. В этом примере используйте вычислительный кластер с именем
gpu-cluster
. Хотя и не требуется, использование GPU ускоряет обработку.Укажите, для какой среды следует запустить развертывание. В этом примере модель выполняется в
TensorFlow
. Машинное обучение Azure уже имеет среду с установленным необходимым программным обеспечением, чтобы можно было повторно использовать эту среду. Необходимо добавить пару зависимостей в файл conda.yml .Создайте развертывание.
Чтобы создать развертывание в созданной конечной точке, создайте
YAML
конфигурацию, как показано в следующем примере. Сведения о других свойствах см. в полной схеме YAML конечной точки пакетной службы.$schema: https://azuremlschemas.azureedge.net/latest/modelBatchDeployment.schema.json endpoint_name: imagenet-classifier-batch name: imagenet-classifier-resnetv2 description: A ResNetV2 model architecture for performing ImageNet classification in batch type: model model: azureml:imagenet-classifier@latest compute: azureml:gpu-cluster environment: name: tensorflow212-cuda11-gpu image: mcr.microsoft.com/azureml/curated/tensorflow-2.12-cuda11:latest conda_file: environment/conda.yaml code_configuration: code: code/score-by-file scoring_script: batch_driver.py resources: instance_count: 2 settings: max_concurrency_per_instance: 1 mini_batch_size: 5 output_action: append_row output_file_name: predictions.csv retry_settings: max_retries: 3 timeout: 300 error_threshold: -1 logging_level: info
Создайте развертывание с помощью следующей команды:
az ml batch-deployment create --file deployment-by-file.yml --endpoint-name $ENDPOINT_NAME --set-default
Хотя можно вызвать определенное развертывание внутри конечной точки, обычно требуется вызвать саму конечную точку и разрешить конечной точке решить, какое развертывание следует использовать. Такое развертывание называется развертыванием по умолчанию .
Этот подход позволяет изменить развертывание по умолчанию и изменить модель, обслуживающую развертывание, без изменения контракта с пользователем, вызывающим конечную точку. Используйте следующий код для обновления развертывания по умолчанию:
- Интерфейс командной строки службы "Машинное обучение Azure"
- Пакет SDK службы "Машинное обучение Azure" для Python
az ml batch-endpoint update --name $ENDPOINT_NAME --set defaults.deployment_name=$DEPLOYMENT_NAME
Ваша конечная точка пакетной службы готова к использованию.
Тестирование развертывания
Для тестирования конечной точки используйте пример из 1000 образов из исходного набора данных ImageNet. Конечные точки пакетной службы могут обрабатывать только данные, расположенные в облаке и доступные из рабочей области Машинное обучение Azure. Отправьте его в хранилище данных Машинное обучение Azure. Создайте ресурс данных, который можно использовать для вызова конечной точки для оценки.
Примечание.
Конечные точки пакетной службы принимают данные, которые можно поместить в несколько типов расположений.
Скачайте связанные примеры данных.
Создайте ресурс данных из скачанных данных.
Создайте определение ресурса данных в
YAML
файле с именем imagenet-sample-unlabeled.yml:$schema: https://azuremlschemas.azureedge.net/latest/data.schema.json name: imagenet-sample-unlabeled description: A sample of 1000 images from the original ImageNet dataset. Download content from https://azuremlexampledata.blob.core.windows.net/data/imagenet-1000.zip. type: uri_folder path: data
Создайте ресурс данных.
az ml data create -f imagenet-sample-unlabeled.yml
После отправки и готовности к использованию данных вызовите конечную точку.
JOB_NAME=$(az ml batch-endpoint invoke --name $ENDPOINT_NAME --input azureml:imagenet-sample-unlabeled@latest --query name -o tsv)
Примечание.
Если программа
jq
не установлена, см. раздел "Скачать jq".
Совет
Имя развертывания в операции вызова не указано. Это связано с тем, что конечная точка автоматически направляет задание в развертывание по умолчанию. Так как конечная точка имеет только одно развертывание, это значение по умолчанию. Для конкретного развертывания можно указать аргумент или параметр deployment_name
.
Пакетное задание запускается сразу после возврата команды. Состояние задания можно отслеживать до завершения.
После завершения развертывания скачайте прогнозы.
Прогнозы выглядят следующими выходными данными. Прогнозы объединяются с метками для удобства читателя. Дополнительные сведения о том, как добиться этого эффекта, см. в связанной записной книжке.
import pandas as pd score = pd.read_csv("named-outputs/score/predictions.csv", header=None, names=['file', 'class', 'probabilities'], sep=' ') score['label'] = score['class'].apply(lambda pred: imagenet_labels[pred]) score
файл class вероятность label n02088094_Afghan_hound. JPEG 161 0.994745 Афганская борзая n02088238_basset 162 0.999397 Бассет n02088364_beagle. JPEG 165 0.366914 bluetick n02088466_bloodhound. JPEG 164 0.926464 ищейка ... ... ... ...
Развертывания высокой пропускной способности
Как упоминалось ранее, развертывание обрабатывает один образ за раз, даже если пакетное развертывание предоставляет пакет. В большинстве случаев этот подход лучше всего подходит. Это упрощает выполнение моделей и позволяет избежать возможных проблем вне памяти. Однако в некоторых других случаях может потребоваться как можно больше насыщать базовое оборудование. Это так, например, GPU.
В этих случаях может потребоваться сделать вывод по всему пакету данных. Этот подход подразумевает загрузку всего набора изображений в память и их отправку непосредственно в модель. В следующем примере используется TensorFlow
для чтения пакета изображений и их оценки одновременно. Она также использует TensorFlow
операции для предварительной обработки данных. Весь конвейер происходит на одном устройстве, используемом (ЦП/GPU).
Предупреждение
Некоторые модели имеют нелинейную связь с размером входных данных с точки зрения потребления памяти. Чтобы избежать исключений из памяти, снова пакет (как показано в этом примере) или уменьшите размер пакетов, созданных при развертывании пакета.
Создайте код скрипта оценки, оценку по пакету или batch_driver.py:
import os import numpy as np import pandas as pd import tensorflow as tf from tensorflow.keras.models import load_model def init(): global model global input_width global input_height # AZUREML_MODEL_DIR is an environment variable created during deployment model_path = os.path.join(os.environ["AZUREML_MODEL_DIR"], "model") # load the model model = load_model(model_path) input_width = 244 input_height = 244 def decode_img(file_path): file = tf.io.read_file(file_path) img = tf.io.decode_jpeg(file, channels=3) img = tf.image.resize(img, [input_width, input_height]) return img / 255.0 def run(mini_batch): images_ds = tf.data.Dataset.from_tensor_slices(mini_batch) images_ds = images_ds.map(decode_img).batch(64) # perform inference pred = model.predict(images_ds) # Compute probabilities, classes and labels pred_prob = tf.math.reduce_max(tf.math.softmax(pred, axis=-1)).numpy() pred_class = tf.math.argmax(pred, axis=-1).numpy() return pd.DataFrame( [mini_batch, pred_prob, pred_class], columns=["file", "probability", "class"] )
- Этот скрипт создает набор данных tensor из мини-пакета, отправленного развертыванием пакета. Этот набор данных предварительно обрабатывается для получения ожидаемых тензоров для модели с помощью
map
операции с функциейdecode_img
. - Набор данных снова пакетируется (16) для отправки данных в модель. Используйте этот параметр для управления объемом информации, которую можно загрузить в память и отправить в модель одновременно. При запуске на GPU необходимо тщательно настроить этот параметр, чтобы обеспечить максимальное использование GPU непосредственно перед получением исключения OOM.
- После вычисления прогнозов тензоры преобразуются в
numpy.ndarray
.
- Этот скрипт создает набор данных tensor из мини-пакета, отправленного развертыванием пакета. Этот набор данных предварительно обрабатывается для получения ожидаемых тензоров для модели с помощью
Создайте развертывание.
- Чтобы создать развертывание в созданной конечной точке, создайте
YAML
конфигурацию, как показано в следующем примере. Сведения о других свойствах см. в полной схеме YAML конечной точки пакетной службы.
$schema: https://azuremlschemas.azureedge.net/latest/modelBatchDeployment.schema.json endpoint_name: imagenet-classifier-batch name: imagenet-classifier-resnetv2 description: A ResNetV2 model architecture for performing ImageNet classification in batch type: model model: azureml:imagenet-classifier@latest compute: azureml:gpu-cluster environment: name: tensorflow212-cuda11-gpu image: mcr.microsoft.com/azureml/curated/tensorflow-2.12-cuda11:latest conda_file: environment/conda.yaml code_configuration: code: code/score-by-batch scoring_script: batch_driver.py resources: instance_count: 2 tags: device_acceleration: CUDA device_batching: 16 settings: max_concurrency_per_instance: 1 mini_batch_size: 5 output_action: append_row output_file_name: predictions.csv retry_settings: max_retries: 3 timeout: 300 error_threshold: -1 logging_level: info
- Создайте развертывание с помощью следующей команды:
az ml batch-deployment create --file deployment-by-batch.yml --endpoint-name $ENDPOINT_NAME --set-default
- Чтобы создать развертывание в созданной конечной точке, создайте
Это новое развертывание можно использовать с примерами данных, показанными ранее. Помните, что чтобы вызвать это развертывание, укажите имя развертывания в методе вызова или задайте его в качестве имени по умолчанию.
Рекомендации по обработке изображений моделей MLflow
Модели MLflow в конечных точках пакетной службы поддерживают чтение изображений в качестве входных данных. Так как развертывания MLflow не требуют скрипта оценки, при их использовании следует учитывать следующие рекомендации.
- Поддерживаемые файлы изображений: .png, .jpg, .jpeg, .tiff, .bmp и .gif.
- Модели MLflow должны ожидать получения
np.ndarray
в виде входных данных, которые соответствуют измерениям входного изображения. Чтобы поддерживать несколько размеров изображений в каждом пакете, исполнитель пакетной службы вызывает модель MLflow один раз для каждого файла изображения. - Модели MLflow настоятельно рекомендуется включать подпись. Если они выполняются, он должен быть типом
TensorSpec
. Входные данные изменены в соответствии с фигурой тензора, если она доступна. Если подпись недоступна, выводятся тензоры типаnp.uint8
. - Для моделей, которые включают сигнатуру и, как ожидается, обрабатывают переменную размера изображений, включите подпись, которая может гарантировать ее. Например, следующий пример сигнатуры позволяет пакетам из 3 каналов изображений.
import numpy as np
import mlflow
from mlflow.models.signature import ModelSignature
from mlflow.types.schema import Schema, TensorSpec
input_schema = Schema([
TensorSpec(np.dtype(np.uint8), (-1, -1, -1, 3)),
])
signature = ModelSignature(inputs=input_schema)
(...)
mlflow.<flavor>.log_model(..., signature=signature)
Пример работы можно найти в jupyter notebook imagenet-classifier-mlflow.ipynb. Дополнительные сведения об использовании моделей MLflow в пакетных развертываниях см. в статье Об использовании моделей MLflow в пакетных развертываниях.