卷积通道作用与感受野

本文深入探讨了卷积神经网络中的感受野概念,解释了如何通过卷积操作从原始图像中提取特征,以及如何通过增加通道数来获取更丰富的特征表示。通过实例说明了感受野的作用和卷积过程的两步:特征提取和参数聚合。

感受野

感受野即通过卷积,得到的feature map可以对前面的feature map进行的最大映射区域。
例子:RGB–三种颜色的三通道,以一个map的角度来看,我们可以根据map中这三通道内每个像素点通过某种方式进行聚合,形成我们肉眼看到的颜色。那么这个颜色是不是就包括这RGB三通道的三个像素点,我们可以通过这种方式形象的理解感受野。

卷积通道

问题,为什么通过卷积能获得更能代表物体的一个特征?
同样的以上述例子进行解释,假设我们将一个三通道的图像卷积成一个102433的图像。对于卷积过程我们可以看成两步:
1.通道数扩大 我们可以用多种不同卷积核来对原始图像的局部区域特征进行不同方式的提取,每个卷积核即是一个通道,最终我们可以得到多个通道,每个通道都代表着原始图像的不同的特征。
2.聚合–参数变少 卷积操作可以看成将原图像局部区域聚合成一个点的过程,这也就像上述例子一样。最终一次卷积的结果其实就代表着对上一级图像进行特征提取的过程,让他来代表上一级的特征。

其实总结一下,卷积实际上就是通过扩大通道数获得不同特征与对上一级图像进行特征提取的过程。最终的卷积结果即是一个一维向量,多通道的特征,每通道的数值是经过一次次聚合而来的数值。

### 深度可分离卷积感受野分析 在卷积神经网络中,深度可分离卷积由逐通道卷积(Depthwise Convolution)和逐点卷积(Pointwise Convolution)组成。对于感受野的理解,其定义为输出特征图上某个位置对应的输入图像区域大小。 #### 感受野计算原理 标准卷积层的感受野可以通过以下公式来近似估计: \[ R_{l} = k_l + (R_{l-1}-1)\times s_l \] 其中 \(k_l\) 是当前层的核尺寸,\(s_l\) 表示步幅,而 \(R_{l}\) 则代表第 l 层节点的感受野范围[^1]。 然而,在深度可分离卷积的情况下,由于它分为两个阶段——首先是应用独立于其他通道的空间滤波器(depthwise convolution),接着再通过线性的变换组合这些经过过滤后的特征映射(pointwise convolution),因此需要分别考虑这两个部分对整体感受野的影响。 具体来说,假设有一个 3×3 的 depthwise 卷积加上一个 1×1 pointwise 卷积组成的深度可分离结构,则主要影响来自前者;后者因为只改变通道数而不涉及空间维度上的操作,所以几乎不影响最终的感受野尺度。这意味着当仅关注空间信息时,可以忽略pointwise部分带来的微小变化[^2]。 #### 实际案例说明 为了更直观理解这一点,这里给出一段Python代码模拟不同类型的单层卷积运算后得到的结果差异: ```python import tensorflow as tf input_shape = (None, 64, 64, 3) # Standard Convolution Layer standard_conv_layer = tf.keras.layers.Conv2D( filters=32, kernel_size=(3, 3), strides=(1, 1), padding='same' )(tf.zeros(input_shape)) # Depthwise Separable Convolution Layers dw_sep_conv_layers = [ tf.keras.layers.DepthwiseConv2D(kernel_size=(3, 3), padding='same')(tf.zeros(input_shape)), tf.keras.layers.Conv2D(filters=32, kernel_size=(1, 1))(tf.zeros((None, *standard_conv_layer.shape[1:]))) ] ``` 这段代码展示了如何构建两种不同的卷积方式,并初始化它们以相同形状的数据作为输入。虽然实际运行此代码不会显示任何视觉化结果,但它可以帮助读者想象这两种架构之间的区别以及各自对应的感受野特性。
评论 1
成就一亿技术人!
拼手气红包6.0元
还能输入1000个字符
 
红包 添加红包
表情包 插入表情
 条评论被折叠 查看
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值