Making Convolutional Networks Shift-Invariant Again

论文开头直接指出,现在的卷积神经网络,没有平移不变性,输入的微小偏移或平移都可能导致输出发生剧烈变化。作者指出,神经网络里面的下采样,例如max-pooling, strided-convolution 和 average-pooling 没有考虑采样定理,下采样后,导致高频信号混叠到低频信号中,最直观的影响就是,在输入的RGB图片中,及其微小的偏移,导致预测结果差别很大。

所以作者的提出,在max-pooling之前,先经过一个低通滤波器。直接分析作者的官方代码。

1、antialised-cnns 中的带blurePool 核的alexnet结构

2、BlurePool 核心步骤

  1. 一维卷积核
python 复制代码
filt_size = 4
if(self.filt_size==1):
   a = np.array([1.,])
elif(self.filt_size==2):
    a = np.array([1., 1.])
elif(self.filt_size==3):
    a = np.array([1., 2., 1.])
elif(self.filt_size==4):    
    a = np.array([1., 3., 3., 1.])
elif(self.filt_size==5):    
    a = np.array([1., 4., 6., 4., 1.])
elif(self.filt_size==6):    
    a = np.array([1., 5., 10., 10., 5., 1.])
elif(self.filt_size==7):    
    a = np.array([1., 6., 15., 20., 15., 6., 1.])

这个是帕斯卡三角形,一个规则就是每个数=上一行"左上+右上"两个数之和,同时也是二项式展开系数(a+b)n(a+b)^n(a+b)n,为什么么要用这个,是因为,1、这个具有对称性,不会产生相位偏移;2、中间大,两边小,天然平滑;3、趋近高斯,是低通滤波器

  1. 二维卷积核
python 复制代码
filt = torch.Tensor(a[:,None]*a[None,:])

a[None, :] 后 ,
[1
 3
 3
 1]
 变成:
 [[1]
 [3]
 [3]
 [1]]
 
a[None, :] 后,
[1 3 3 1]  变成 [[1 3 3 1]]

(4,1) * (1,4) 根据广播机制,filt(i,j)=a(i)⋅a(j) 得到二维卷积核:
1 3 3 1
3 9 9 3
3 9 9 3
1 3 3 1

这个模糊核中心大,四周小,完全对称
  1. 应用上面的二维卷积核
python 复制代码
self.padnn.ReflectionPad2d
F.conv2d(self.pad(inp), self.filt, stride=self.stride, groups=inp.shape[1])

stride = 2

上面是一个正常的卷积,stride=2,实现了下采样,当时在下采样的同时,使用二维的模糊核作为一个低通滤波器,进行滤波。

3、论文核心思路理解

之前不知道在哪里看过说,不管论文的理论多么复杂,最初的想法一定是直观的,要想理解论文,需要重复的理解作者当初面对的直观的问题,即
maxpool 不满足奈奎斯特定理,导致高频信号混叠到低频信号

那就,先去直面理解maxpool的问题。

之前从来没有怀疑过maxpool的有什么问题,还觉得很好用,这次先找一些直观的例子来证明,maxpool有问题。

1、maxpool后高频折叠到低频的例子

原始图片高密度的黑白黑白交替,因此是一个非常高频的图片,使用maxpool之后,所有的高频信号都折叠到了低频,导致maxpool只有的图片,骤然变成一个非常低频的图片,完全丧失了高频信息(细节)

下面我们来看一个,maxpool之后,满足奈奎斯特定理的。

2、maxpool满足奈奎斯特定理

maxpool时,是每次采样要跳过stride个像素,当stride=2时,我们希望,这次采样落到A黑条上,下次采样要落到B黑条上,这样高频保留了,所以黑条纹的宽度>= 2xstride,也可以这样理解,黑条越宽,表示越低频,黑条越窄,表示越高频,要想maxpoo满足奈奎斯特定理,就是不能有太多高频。

3、maxpool 破坏平移不变性

相关推荐
北京晶数信息科技4 分钟前
加油站成品油智慧监管云平台成品油流通数智化监管平台加油机数据采集设备交易即开票全链路技术实现方案:技术拆解、架构设计与落地实践
大数据·人工智能
知了一笑5 分钟前
职场丨岗位减少,职责增加
大数据·人工智能·职场·产品·业务
EDPJ7 分钟前
(2026|IPI|我的论文投稿中,PSP 超轻量采样算法,轻量化架构探索/早融合+头压缩)LUMIN:面向工业异常检测的轻量级通用制造检测网络
算法·计算机视觉·架构·异常检测·采样算法
懂压力传感器的涌客10 分钟前
机器人触觉传感器方案中FSR如何选型与集成
人工智能·机器人·压力传感器·fsr·源头工厂·fsr压力传感器
超级架构师11 分钟前
连接企业系统,不等于把接口直接交给 Agent:LIMENORA 的集成边界
网络·人工智能·架构·ai编程
@MMiL15 分钟前
PMSM基于SMO反电动势的PLL位置与速度估计
人工智能·机器学习
陕西企来客16 分钟前
2026年9月西安生成式引擎优化是什么:概念与应用解析
人工智能·西安生成式引擎优化是什么
小王20417 分钟前
Day 35:DETR与检测Transformer — 目标检测的范式革命
人工智能·深度学习·transformer
萧鼎17 分钟前
2026新库实测:sbxloop 1.5.24 让 AI Agent 在 Docker 沙箱中安全自治,告别环境混乱
人工智能·python·开源·开发工具·ai agent
超级架构师21 分钟前
【区块链技术】区块链101:比特币是什么?
人工智能·区块链·比特币