深度学习与机器人

本书基于卷积神经网络和图像识别方法，介绍了PyTorch和PaddlePaddle两种框架，并结合移动机器人讲解了具体的开发过程。书中所用的硬件平台，带有两个摄像头传感器，为机器人和无人驾驶车辆多摄像头导航提供了理论指导。书中提到的模拟沙盘，正是机器人作为园区巡检或无人配送实例的缩影。通过基于理论的实践，本书不局限于具体的平台和场景，可以作为实现深度学习的通用化方法。本书源于工程化实践，抽象为具体方法和案例，为学习基于深度学习的机器人技术提供了指南。

张锐，北京钢铁侠科技有限公司创始人，全国仿生学标准化技术委员会委员，全国工商联高端装备制造与仪器仪表委员会委员，中关村高聚工程高端领军人才，北京市青年托举工程入选人，青岛市拔尖人才，中国人工智能学会教育工作委员会委员，教育部高职专科智能机器人技术、高职本科机器人技术教学标准起草委员会委员，参与制定机器人领域国家标准6项，承担了多个北京市科技重大专项等省部级项目。

目录 认 知 篇 第1章 人工智能、深度学习和计算机视觉 1 1.1 人工智能简介 1 1.2 人工智能的发展 3 1.3 深度学习简介 4 1.4 计算机视觉 5 第2章 卷积神经网络及应用介绍 7 2.1 神经网络结构 8 2.1.1 神经元与感知器 8 2.1.2 神经网络 9 2.2 图像识别的任务 10 2.2.1 视觉感知 10 2.2.2 图像表达 11 2.2.3 画面不变性 12 2.3 卷积神经网络结构 14 2.3.1 卷积层 15 2.3.2 池化 16 2.3.3 激活函数 16 2.3.4 全连接层 17 2.3.5 卷积神经网络训练 18 2.4 软件环境安装 20 2.4.1 Python环境安装 20 2.4.2 Numpy功能包安装 25 2.5 卷积神经网络代码详解 26 2.5.1 Numpy功能包导入 26 2.5.2 卷积层的实现 26 2.5.3 Max Pooling层的实现 35 2.6 网络参数调整或微调 37 框 架 篇 第3章 图像分类及目标检测 38 3.1 图像分类简介 38 3.1.1 AlexNet 42 3.1.2 VGG 45 3.1.3 GoogLeNet 49 3.1.4 ResNet 53 3.2 目标检测 60 3.2.1 目标检测简介 60 3.2.2 RCNN基础 72 3.2.3 Faster RCNN原理 80 3.2.4 Yolo系列算法 89 3.2.5 Yolov3案例 105 第4章 PyTorch基础 137 4.1 PyTorch简介 137 4.1.1 Tensor数据类型 137 4.1.2 Tensor运算 140 4.1.3 搭建简单的神经网络 144 4.2 自动求梯度 146 4.3 构建模型和优化参数 148 4.3.1 torch.nn 148 4.3.2 torch.optim 151 4.4 案例：基于PyTorch的CIFAR-10图片分类 153 第5章 PaddlePaddle基础 157 5.1 PaddlePaddle卷积神经网络基础 157 5.1.1 CNN的构成 158 5.1.2 卷积层 159 5.1.3 填充 160 5.1.4 步长 161 5.1.5 多通道卷积 161 5.1.6 多卷积核卷积 162 5.1.7 特征图大小 163 5.1.8 池化层 163 5.1.9 全连接层 164 5.2 PaddlePaddle基本运算 165 5.3 使用PaddlePaddle高层API直接调用分类网络 170 5.4 手写数字识别案例 171 5.4.1 数据处理及数据加载 172 5.4.2 网络结构和设置学习率 173 5.4.3 模型训练及模型推理 174 实 战 篇 第6章 深度学习智能车项目 180 6.1 智能车硬件架构设计 181 6.2 深度学习智能车各部分介绍 182 6.3 软件安装和使用 183 6.4 点亮深度学习智能车的车灯 185 6.4.1 深度学习智能车车灯介绍 185 6.4.2 智能车LED引脚连接配置 185 6.4.3 智能车LED电路设计 186 6.4.4 程序设计 186 6.4.5 执行程序和查看结果 187 6.5 智能车运动控制 187 6.5.1 智能车电机特征 187 6.5.2 电机工作方式 188 6.5.3 智能车电机控制 189 6.5.4 智能车电机引脚连接配置 190 6.5.5 电机驱动电路 190 6.5.6 智能车驱动程序设计 192 6.5.7 执行程序和查看结果 194 6.6 智能车上位机与下位机通信 194 6.6.1 智能车下位机程序设计 194 6.6.2 智能车上位机程序设计 198 6.6.3 智能车串口通信调试 199 第7章 实战案例 200 7.1 基于PaddlePaddle深度学习框架的安装 200 7.2 车道线识别数据处理与模型构建 203 7.3 车道线识别训练模型 207 7.4 标志物检测的数据采集与处理 211 7.5 Yolov5网络模型介绍 213 7.5.1 Yolov5网络结构 213 7.5.2 Yolov5相对于Yolov4和Yolov3的改进 215 7.6 标志物识别的模型训练 218 7.7 智能车无人驾驶实践 226 7.7.1 无人驾驶沙盘模型 226 7.7.2 深度学习智能车 227 7.7.3 遥控使用 228 7.7.4 深度学习智能车 229 参考文献 235