卷积神经网络与应用

卷积神经网络与应用

全连接网络的局限性

当图片分辨率进一步提高,如600x600的图像各层节点分别为300,200和100则参数个数为

600600 300 + 300200+200 100 ≈ 1.08亿

在图片识别过程中当图片过大时,全连接网络会导致计算速度减慢;过拟合

卷积神经网络


卷积神经的应用:图像分类,物体检测;看图说话;实例分割;

卷积神经网络已经成为机器视觉的一个重要工具

卷积神经网络的提出

  1. 1962年Hubel和Wiesel通过猫视觉皮层细胞的研究,提出了感受野的概念。视觉皮层的神经元是局部接受信息的,只受某些特定区域刺激的响应,而不是对全局图像进行感知
  2. 1984年日本学者Fukushima基于感受野概念提出神经认知机
  3. CNN可看作是神经认知机的推广形式

卷积神经网络结构

  1. CNN是一个多层的神经网络,每层由多个二维平面组成,其中每个平面由多个独立神经元组成

  2. CNN结构与全连接神经网络的异同

  3. 输入层:将每个像素代表一种特征输入到网络中

  4. 卷积层:卷积运算的主要目的是使原信号特征增强,并降低噪音

  5. 降采样层:降低网络训练参数及模型过拟合程度

  6. 全连接层:对生成的特征进行加权

  7. softrmax层:获得当前样例属于不同类别的概率

卷积

在介绍卷积网络的基本概念之前,我们先做一个矩阵运算

  1. 求点积:将5x5输入矩阵中3x3深蓝色的区域中每个元素分别与其对应位置的权值(红色数字)相乘,然后再相加,所得到的值作为3x3输出矩阵(绿色)的第一个元素

  2. 滑动窗口:将3x3权值矩阵向右移动一格(即,步长为1)

  3. 重复操作:同样的,将次深色区域的每个元素分别与对应的权值相乘然后再相加,所得到的值作为输出矩阵的第二个元素,重复上述操作,"求点积-滑动窗口"直到矩阵被填满。

  1. 卷积核在2维输入数据上"滑动",对当前输入部分的元素进行矩阵乘法,然后结果汇集为单个输出像素值,重复这个过程直到遍历整张图像,这个过程叫做卷积
  2. 这个权值矩阵就是卷积核
  3. 卷积操作后的图像称为特征图
  4. 卷积层:卷积运算的主要目的是原信号特征增强,并降低噪音
  5. 每个卷积层就像i骰子,将图像中符号条件的部分筛选出来

0填充

复制代码
用额外的0填充到边缘,这样可以产出相同卷积层,在滑动时的卷积核可以允许原始边缘像素位于卷积中心,同时延伸到边缘之外的假像素,从而产生与输入(5x5蓝色)相同大小的输出(5x5绿色)

多通道卷积

  1. 每个卷积核都会将图像生成为另一副特征映射图,即一个卷积核提取一种特征
  2. 为了使特征提取更充分,可以添加多个卷积核以提取不同特征,也就是,多通道卷积
  3. 加偏置。偏置的作用是对每个feature map 加一个偏置项,以便产生最终的输出特征图

池化

  1. 在卷积层之后常常紧接着一个降采样层,通过减少矩阵的长和宽,从而达到减少参数的目的

  2. 降采样是降低特定信号的采样率的过程

  3. 在降采样的过程中,经常用到的一种方法叫做池化,计算图像一个区域上的某个特定特征的平均值和最大值,这种聚合操作就叫做池化

  4. 卷积层的作用是探测上一层特征的局部连接,而池化的作用是在语义上把相似的特征合并起来,从而达到降维的目的。

    这些概要统计特征不仅具有低得多的维度,同时还会改善结果(不容易过拟合)
    常用的池化方法:

    1. 均值池化:对池化区域的像素点取均值,这种方法得到的特征数据对背景信息更敏感
    2. 最大池化:对池化区域内所有像素点取最大值,这种方法得到的特征对纹理特征信息更加敏感

    正则表达式: 输入层→(卷积层+→池化层?)+→全连接层

相关推荐
LabVIEW开发11 分钟前
AI 如何接进 LabVIEW:链路怎么搭、边界在哪、还差什么
人工智能·驱动开发·labview
liferecords20 分钟前
不训练一个参数,把图像编辑器变成视频编辑器:EditVid 的局部-全局拆解术
人工智能·llm·aigc·多模态
装不满的克莱因瓶30 分钟前
【SpringAI Alibaba】ReactAgent响应SSE实时流式传输案例实战
java·人工智能·ai·sse·springai
挖掘狂人1 小时前
程序员转型抉择:转 Agent 开发还是转全栈?一份基于招聘市场的冷静分析
人工智能·程序员·agent
墨林陌1 小时前
AI 热点日报(2026-11-10):英伟达AI Day首尔开幕,苹果重回市值第一,黄仁勋遭免职调查
人工智能
Kapaseker1 小时前
你花大价钱买的那张 5090 可能跑不了本地 AI 模型
人工智能
程序员果子2 小时前
本体构建方法
人工智能·python·知识图谱·agent框架·本体
深蓝AI2 小时前
Meta FAIR 开源 e-means:k-means 十分之一的轮数跑出更低损失,已并入 Faiss
人工智能·程序员