3D CNN

本文探讨了3D卷积神经网络(3D CNN)在视频分析中的不同实现,包括C3D、3D ResNet的两个版本以及3D Inception系列。研究发现,3D ResNet在适当的时间跨度和采样率下,相比C3D表现出更好的性能和效率。同时,3D Inception模型利用光流信息增强了时空特征学习。文中还提到了预训练模型的可用性和转换方法。

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1.        3D CNN

1.1.        C3D16

直接将vgg扩展为3d形式,参数较多。


1.2.        3D Resnet v117

将resnet直接扩展为3d,未预训练的模型在小训练集(activitynet)上效果不好,大训练集(kinetics)上效果好。

     

Resnet3d与2d结构主要区别在于时间维度上的缩减要慢一些


细节:采用16帧,均值采样后在附近随机采样进行augmented,空间上在四个角和中间采crop,并使用multiscale技术18,将原图多尺寸crop后scale到最终需求。

在文章19中有一个对这些技术的对比,同时,这篇文章提出clip length对结果影响很大。


03-21
### 3D 卷积神经网络的概念与实现 #### 什么是3D卷积神经网络? 三维卷积神经网络(3D Convolutional Neural Network, 3D-CNN)是一种专门用于处理三维数据的深度学习模型。相比于传统的二维卷积神经网络(2D-CNN),3D-CNN能够在空间和时间维度上提取特征,因此特别适用于视频分析、医学影像处理等领域[^1]。 #### 3D-CNN的工作原理 3D-CNN通过在三个维度上应用卷积核来捕捉时空信息。具体来说,对于一段视频数据,每一帧图像可以看作是一个二维平面,而整个视频则构成了一个三维张量。通过对这个三维张量施加卷积操作,3D-CNN可以从连续帧之间发现运动模式以及物体的空间分布特性[^2]。 以下是3D-CNN的一个典型架构描述: - 输入层接收的是多帧堆叠而成的数据立方体; - 隐藏层由多个卷积层组成,这些层中的滤波器具有三重尺寸 (height × width × depth),其中depth表示跨越的时间步数; - 池化层负责降低参数数量并增强泛化能力; - 全连接层最终完成分类或其他任务目标。 #### 实现方法 下面展示了一个简单的基于PyTorch框架构建3D-CNN的例子: ```python import torch.nn as nn class Simple3DCNN(nn.Module): def __init__(self, num_classes=10): super(Simple3DCNN, self).__init__() # 定义第一个3D卷积层 self.conv_layer1 = nn.Sequential( nn.Conv3d(in_channels=3, out_channels=64, kernel_size=(3, 3, 3), padding='same'), nn.ReLU(), nn.MaxPool3d(kernel_size=(2, 2, 2)) ) # 第二个3D卷积层 self.conv_layer2 = nn.Sequential( nn.Conv3d(64, 128, kernel_size=(3, 3, 3), padding='same'), nn.ReLU(), nn.MaxPool3d((2, 2, 2)) ) # 展平层和平面全连接层 self.flatten = nn.Flatten() self.fc = nn.Linear(128 * 8 * 8 * 8, num_classes) def forward(self, x): x = self.conv_layer1(x) x = self.conv_layer2(x) x = self.flatten(x) x = self.fc(x) return x ``` 上述代码定义了一种基础形式的3D-CNN结构,其中包括两组卷积+激活函数+池化的组合单元,最后接上了线性变换来进行类别预测[^3]。 #### 训练过程概述 训练阶段通常涉及以下几个方面: - 数据预处理:将原始视频剪辑转换成适合输入给定模型的形式; - 设置损失函数与优化算法:比如交叉熵作为监督信号源配合AdamOptimizer调整权重; - 进行迭代更新直至达到预定轮次或者满足停止条件为止[^4]。
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