卷积神经网络模型可视化生成热力图

这篇博客展示了使用Grad-CAM++技术改进的卷积神经网络模型在行人检测中的可视化效果。对比了baseline和注意力机制(ATN)生成的热力图,发现注意力方法显著减少了背景噪音,增强了特征区分度,有助于模型学习关键区域。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

使用Grad-CAM++[51]方法对训练好的卷积神经网络模型进行可视化操作生成热力图以查看响应区域。可视化结果如图3.8所示。
在这里插入图片描述
其中baseline和 ATN可视化需要的权重来自于分类结果对最后一层卷积层提取的特征进行求导。图3.8中共有4组图像,每组图像从左往右依次为原图,根据baseline权重生成的热力图和根据本章提出的ATN网络权重生成的热力图。热力图的红色越深,则表示该部分的权重越高。从生成的热力图可以看到,baseline 生成的热力图中,虽然在人体区域都有响应,但是背景噪声部分的响应权重也很高,为神经网络的分类引入了噪声。而本文提出的注意力方法生成的热力图响应都在行人身体上,而且都是较为显著性的区域,证明了本文提出方法能够帮助卷积神经网络在训练的过程中学习到显著性区域和更有区分度的特征。
[51]Chattopadhay A,Sarkar A, Howlader P, et al. Grad-cam++: Generalized gradient-based visual explanations for deep convolutional networks[C]V/IEEE Winter Conference onApplications of Computer Vision, 2018:839-847.

### 关于残差卷积神经网络可视化 残差卷积神经网络(Residual Convolutional Neural Networks, ResNet)是一种通过引入跳跃连接来解决深层网络训练困难问题的有效方法[^1]。其核心思想在于允许梯度直接传播到较浅层,从而缓解了梯度消失现象并提升了模型性能。 对于 **ResNet 的可视化**,通常可以通过以下几种方式实现: #### 1. 特征图可视化 特征图可以展示每一层积操作后的激活情况。通过对中间层的输出进行可视化,能够直观了解不同层次学习到的模式和结构。以下是 Python 中基于 PyTorch 实现的一个简单示例代码片段用于提取某一层的特征图: ```python import torch from torchvision import models import matplotlib.pyplot as plt def visualize_feature_maps(model, layer_name, input_image): activation = {} def get_activation(name): def hook(model, input, output): activation[name] = output.detach() return hook model.eval() getattr(model, layer_name).register_forward_hook(get_activation(layer_name)) _ = model(input_image.unsqueeze(0)) # Pass the image through the model feature_map = activation[layer_name].squeeze().numpy() # Get and process activations fig, axes = plt.subplots(4, 8, figsize=(16, 8)) for i, ax in enumerate(axes.flat): if i < feature_map.shape[0]: ax.imshow(feature_map[i], cmap='viridis') ax.axis('off') visualize_feature_maps(models.resnet18(pretrained=True), 'layer3', some_input_tensor) ``` 上述代码展示了如何利用钩子函数捕获指定层的输出,并将其绘制成图像形式以便观察。 #### 2. 梯度加权类激活映射 (Grad-CAM) 另一种流行的可视化技术称为 Grad-CAM(Gradient-weighted Class Activation Mapping),它可以帮助理解哪些区域对最终预测贡献最大。这种方法适用于任何 CNN 架构,包括 ResNet,在解释模型决策方面非常有用[^2]。 要生成 Grad-CAM 图像,可参考如下伪代码逻辑: - 计算目标类别相对于最后一层积输出的梯度; - 对这些梯度取全局平均池化得到权重向量; - 将该权重应用于对应的特征图上再求和形成力图。 具体实现细节超出了当前讨论范围,但有许多开源库支持快速部署此功能,比如 `torchcam` 或者 TensorFlow 提供的相关工具包。 #### 推荐资源链接 由于无法直接提供图片文件,请访问下面列举的一些公共资源获取更多有关 ResNet 及其实验结果的信息: - 官方论文附带实验数据与分析图表:https://arxiv.org/abs/1512.03385 - GitHub 上有众多项目实现了各种版本的 ResNet 并配有详细的说明文档以及样例演示程序。
评论
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