深度学习:转置卷积

什么是转置卷积(Transposed Convolution)

转置卷积,又称反卷积(Deconvolution)或上采样卷积(Upsampling Convolution),是一种卷积操作,通常用于生成式模型或图像处理任务中,以增加特征图的空间分辨率。转置卷积的目的是将低分辨率的特征图还原到较高分辨率,即进行空间上采样。

正常卷积操作回顾

在标准卷积操作中,卷积核在输入特征图上滑动,计算局部区域的加权和,从而生成输出特征图。假设我们有以下参数:

  • 输入特征图大小: ( H × W ) (H \times W ) (H×W)
  • 卷积核大小: ( K × K ) ( K \times K ) (K×K)
  • 步幅:( S )
  • 填充:( P )
输出特征图的大小为:

H o u t = H − K + 2 P S + 1 \] \[ H{out} = \\frac{H - K + 2P}{S} + 1 \] \[Hout=SH−K+2P+1

W o u t = W − K + 2 P S + 1 \] \[ W{out} = \\frac{W - K + 2P}{S} + 1 \] \[Wout=SW−K+2P+1

转置卷积的基本原理

转置卷积的操作可以被视为卷积的逆过程。其目的是将小的输入特征图扩展为更大的输出特征图。转置卷积通过插入零元素并使用卷积核计算来实现这一点。

转置卷积的计算步骤:

  • 插入零元素(Zero-Insertions):

    在输入特征图的元素之间插入零元素,增加特征图的尺寸。例如,假设步幅为 ( S ),在每个元素之间插入 ( S-1 ) 个零。

  • 填充(Padding):

    适当填充输入特征图,确保输出特征图具有预期的大小。通常填充策略与卷积核的大小和步幅相关。

  • 卷积操作:

    使用标准卷积操作在填充后的特征图上应用卷积核,生成输出特征图。

假设我们有以下参数:
  • 输入特征图大小: ( H i n × W i n ) ( H{in} \times W{in} ) (Hin×Win)
  • 卷积核大小: ( K × K ) ( K \times K ) (K×K)
  • 步幅:( S )
  • 填充:( P )

输出特征图的大小为:

H o u t = ( H i n − 1 ) × S − 2 P + K \] \[ H{out} = (H{in} - 1) \\times S - 2P + K \] \[Hout=(Hin−1)×S−2P+K

W o u t = ( W i n − 1 ) × S − 2 P + K \] \[ W{out} = (W{in} - 1) \\times S - 2P + K \] \[Wout=(Win−1)×S−2P+K

应用场景

转置卷积广泛应用于以下场景:

  • 生成对抗网络(GANs):在生成器中使用转置卷积将低维噪声向量转换为高维图像。
  • 图像超分辨率:从低分辨率图像重建高分辨率图像。
  • 语义分割:将特征图还原为输入图像的尺寸以生成像素级别的分类图。
通过转置卷积,我们可以有效地对图像进行空间上采样,实现不同的图像生成和重建任务。
相关推荐
HoneyMoose3 分钟前
AI Bot 爬虫新势力
人工智能·爬虫
xier_ran15 分钟前
深度学习:Adam 优化器实战(Adam Optimizer)
人工智能·深度学习
人工智能训练15 分钟前
Ubuntu中如何进入root用户
linux·运维·服务器·人工智能·ubuntu·ai编程·root
Cathy Bryant22 分钟前
信息论(五):联合熵与条件熵
人工智能·笔记·机器学习·数学建模·概率论
Geo_V26 分钟前
LangChain Memory 使用示例
人工智能·python·chatgpt·langchain·openai·大模型应用·llm 开发
Carl_奕然1 小时前
【机器视觉】一文掌握常见图像增强算法。
人工智能·opencv·算法·计算机视觉
放羊郎1 小时前
人工智能算法优化YOLO的目标检测能力
人工智能·算法·yolo·视觉slam·建图
xuehaikj1 小时前
基于YOLOv5-AUX的棕熊目标检测与识别系统实现
人工智能·yolo·目标检测
xier_ran2 小时前
深度学习:从零开始手搓一个深层神经网络
人工智能·深度学习·神经网络
却道天凉_好个秋2 小时前
OpenCV(二十六):高斯滤波
人工智能·opencv·计算机视觉