深度学习笔记 - FCN模型与上采样(Upsampling)

本文介绍了FCN模型,它是2014年提出的全卷积网络,用于语义分割,通过卷积和上采样层替换传统CNN的全连接层。上采样是图像恢复分辨率的技术,包括反卷积和反池化等方法。反卷积通过数学和动态过程理解,而反池化分为反最大池化和反平均池化。

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目录

1. FCN模型

2. 上采样

2.1 双线性插值上采样(今天不做重点介绍)

2.2 反卷积上采样

(1)数学理解

(2)动态过程理解

2.3 反池化上采样


引言:在FCN、U-net等网络结构中,涉及到了上采样。上采样概念:上采样指的是任何可以让图像变成更高分辨率的技术

发现了几个较好的教程帮助理解FCN和上采样:

(1)教程1:FCN详解与pytorch简单实现;反卷积的数学理解

(2)教程2:3种上采样方法(反卷积,上池化,线性插值)

1. FCN模型

CNN与FCN模型

                                                                                                                                                                                                    

FCN模型具体过程

                                                                                                                                                   

### Fully Convolutional Network (FCN) 论文原文下载及相关资源 Fully Convolutional Networks (FCN) 是一种用于图像语义分割的经典模型,其核心思想是将传统的卷积神经网络中的全连接层替换为卷积层,从而实现端到端的像素级预测[^1]。 #### 如何获取 FCN 的原始论文? 原始论文《Fully Convolutional Networks for Semantic Segmentation》由 Jonathan Long, Evan Shelhamer 和 Trevor Darrell 提交至 CVPR 2015 并发表。以下是几种常见的获取方式: 1. **官方链接**: 可以访问 IEEE Xplore 数据库或 arXiv 获取该论文的 PDF 文件。IEEE 版本通常更正式,而 arXiv 则提供免费版本。 - 官方 IEEE 链接: https://ieeexplore.ieee.org/document/7298965 - arXiv 免费版: https://arxiv.org/pdf/1411.4038.pdf 2. **学术搜索引擎**: 使用 Google Scholar 或其他学术搜索引擎可以找到多种来源的论文副本。例如,在 Google Scholar 中搜索关键词 “Fully Convolutional Networks for Semantic Segmentation”,即可查看不同平台提供的下载选项。 3. **第三方网站**: 学术资源共享社区如 ResearchGate 或 Academia.edu 上也可能有作者上传的公开版本。需要注意的是,这些平台可能需要注册账户才能下载文件。 #### 技术资料推荐 除了原论文外,还有许多优秀的博客文章和技术文档深入解析了 FCN 的原理及其应用案例: - 优快云 博客提供了详细的笔记解读,《[论文笔记] 彻底讲透 FCN 语义分割开山之作 Fully Convolutional Networks》,涵盖了从基础概念到具体实现细节的内容。 - 另一篇关于卷积神经网络的文章提到,“卷积神经网络的目标是从输入数据提取特征并计算类别概率分布。” 这一点同样适用于理解 FCN 工作机制的核心部分[^2]。 - 此外,在实际项目开发过程中,开发者们经常基于预训练好的分类模型(比如 VGG、ResNet 等),按照一定规则调整结构使之适应特定任务需求。“我们选取了多个知名架构作为实验对象... 对它们进行了相应修改使其更适合解决当前问题”[^3]。 ```python import torch.nn as nn class FCN(nn.Module): def __init__(self, num_classes=21): super(FCN, self).__init__() # Backbone network e.g., VGG or ResNet self.backbone = ... # Convert fully connected layers into convolutions self.conv_layer_1 = nn.Conv2d(in_channels=..., out_channels=num_classes, kernel_size=(1,1)) # Upsampling layer to recover spatial resolution lost during pooling operations. self.deconv_layer = nn.ConvTranspose2d(num_classes, num_classes, kernel_size=...) def forward(self, x): features = self.backbone(x) output = self.conv_layer_1(features) upsampled_output = self.deconv_layer(output) return upsampled_output ``` 上述代码片段展示了如何构建一个简单的 FCN 架构实例。其中 backbone 表示任意选定的基础 CNN 结构;`nn.Conv2d()` 函数用来替代原来的全连接操作;最后利用 `nn.ConvTranspose2d()` 实现上采样恢复分辨率过程。
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