反卷积(Deconvolution)、上采样(UNSampling)与上池化(UnPooling)加入自己的思考(tensorflow函数)(一)

ps 之前是做分类的根本就是没有很深的接触反卷积(Deconvolution)、上采样(UNSampling)与上池化(UnPooling)等,要写这个主要是我在找unet代码时候发现反卷积这一步正常用tf.nn.conv2d_transpose,但是有人居然用tf.image.reszie函数的邻域插值替代了,当时我整个人都不好了。后来我就花了一段时间发现了Deconvolution,UNSampling,UnPooling这三个常用的深度学习中图像放大的方法,这里具体讲下自己的理解。

三者图解比较(很好的博文:https://blog.youkuaiyun.com/A_a_ron/article/details/79181108

图(a)表示UnPooling的过程,特点是在Maxpooling的时候保留最大值的位置信息,之后在unPooling阶段使用该信息扩充Feature Map,除最大值位置以外,其余补0。与之相对的是图(b),两者的区别在于UnSampling阶段没有使用MaxPooling时的位置信息,而是直接将内容复制来扩充Feature Map。从图中即可看到两者结果的不同。图(c)为反卷积的过程,反卷积是卷积的逆过程,又称作转置卷积。最大的区别在于反卷积过程是有参数要进行学习的(类似卷积过程),理论是反卷积可以实现UnPooling和unSampling,只要卷积核的参数设置的合理。

 

 

上面是博文中的内容,说下自己理解,目前其实如果对于细节分割来说第一种方法最不错,但好像运行会慢许多。第二种其实就是我困惑中的tf.image.reszie函数的邻域插值方法,它是由于第一种方法太慢而采用的替代品。而第三种其实没有说明问题都没解释为什么返回这么大了。比较高端点解释可参考https://buptldy.github.io/2016/10/29/2016-10-29-deconv/。如果比较土味的解释可以看看我之前的博文卷积和反卷积(反卷积没找到图就土味讲了下理解,不懂可以私信我。)反卷积还可以看看这篇好文有实例:https://www.cnblogs.com/zyly/p/8991412.html

卷积中步长大于1的反卷积(还是这篇https://buptldy.github.io/2016/10/29/2016-10-29-deconv/)把步长为1和0的反卷积的图放上来,理解之后会写。

### 反卷积上采样在YOLO中的应用 #### 背景概述 YOLO(You Only Look Once)是种高效的实时目标检测算法,在其多个版本中,为了提高特征图的空间分辨率并增强小物体的检测能力,通常会采用反卷积Deconvolution)、上采样(Upsampling)等技术来恢复高分辨率的特征表示[^1]。 #### 反卷积上采样的定义 - **反卷积**:也称为转置卷积(Transposed Convolution),主要用于扩大输入张量的空间尺寸。通过学习组滤波器参数,它可以将低分辨率的特征映射到更高分辨率的空间,从而保留更多的细节信息[^3]。 - **上采样**:种简单的插值方法,用于增加图像或特征图的像素数量。常见的上采样方式包括双线性插值、最近邻插值等。这些方法不涉及可训练参数,因此计算成本较低。 #### 在YOLO中的实现 以YOLOv5为例,该模型广泛采用了上采样操作来融合不同尺度的特征图。具体来说: 1. YOLOv5利用上采样层将深层网络提取的小尺寸特征图放大至较大尺寸,以便浅层网络的高分辨率特征图进行拼接(Concatenation)。这种跨层次特征融合有助于捕捉多尺度的目标信息[^2]。 2. 对于某些变体(如YOLOv7或其他改进版),可能会引入反卷积替代传统的上采样操作。这种方式允许模型通过端到端的方式优化空间扩展过程,进步提升性能。 以下是基于PyTorch的个简单代码示例,展示如何在YOLO框架下实现反卷积上采样: ```python import torch.nn as nn class UpsampleBlock(nn.Module): def __init__(self, in_channels, out_channels, scale_factor=2, use_deconv=False): super(UpsampleBlock, self).__init__() if use_deconv: # 使用反卷积实现上采样 self.up = nn.ConvTranspose2d(in_channels, out_channels, kernel_size=4, stride=2, padding=1) else: # 使用标准上采样实现 self.up = nn.Sequential( nn.Upsample(scale_factor=scale_factor, mode='nearest'), nn.Conv2d(in_channels, out_channels, kernel_size=1), ) def forward(self, x): return self.up(x) # 测试代码 block = UpsampleBlock(256, 128, use_deconv=True) # 如果设置use_deconv为True,则使用反卷积 input_tensor = torch.randn(1, 256, 32, 32) output_tensor = block(input_tensor) print(output_tensor.shape) # 输出形状应为 (1, 128, 64, 64) ``` 上述代码展示了两种不同的上采样策略:当`use_deconv=True`时,调用了反卷积;而默认情况下则使用了普通的上采样加卷积组合。 #### 性能对比 尽管反卷积能够提供更强的学习能力,但由于其增加了额外的参数量和计算复杂度,实际部署过程中可能更倾向于选择轻量化方案,比如仅依赖于插值法完成上采样任务。 --- ###
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