李宏毅老师课程:Convolutional Neural Network

Why CNN for Image?

如下图:

  • 第一个layer的neuron,是最简单的classifier,它做的事情是detect有没有绿色出现、有没有黄色出现、有没有斜的条纹出现等等
  • 第二个layer,它做的事情是detect更复杂的东西,根据第一个layer的output,它如果看到直线横线,就是窗框的一部分;如果看到棕色的直条纹就是木纹;看到斜条纹加灰色的,这个有可能是很多东西,比如说,轮胎的一部分等等
  • 根据第二个hidden layer的output,第三个hidden layer会做更复杂的事情,比如它可以知道说,当某一个neuron看到蜂巢,它就会被activate;当某一个neuron看到车子,它就会被activate;当某一个neuron看到人的上半身,它就会被activate等等

在这里插入图片描述
现在的问题是这样子:当我们直接用一般的fully connected的feedforward network来做图像处理的时候,往往会需要太多的参数

所以,CNN做的事情其实是,来简化这个neural network的架构,我们根据自己的知识和对图像处理的理解,一开始就把某些实际上用不到的参数给过滤掉,我们一开始就想一些办法,不要用fully connected network,而是用比较少的参数,来做图像处理这件事情,所以CNN其实是比一般的DNN还要更简单的

Three Property for CNN Theory Base

Some patterns are much smaller than the whole image

在影像处理里面,如果在network的第一层hidden layer里,那些neuron要做的事情是侦测有没有一种东西、一种pattern(图案样式)出现,那大部分的pattern其实是比整张image要小的,所以对一个neuron来说,想要侦测有没有某一个pattern出现,它其实并不需要看整张image,只需要看这张image的一小部分,就可以决定这件事情了

也就是说,每一个neuron其实只要连接到一个小块的区域就好,它不需要连接到整张完整的图,因此也对应着更少的参数
在这里插入图片描述
The same patterns appear in different regions

同样的pattern,可能会出现在image的不同部分,但是它们有同样的形状、代表的是同样的含义,因此它们也可以用同样的neuron、同样的参数,被同一个detector检测出来

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