【动手学深度学习】6.2 图像卷积（个人向笔记）

1. 互相关运算

• 严格来说，卷积层是一个错误的叫法，因为它本质上是互相关运算而不是卷积运算。
• 我们暂时忽略通道看看二维图像数据和隐藏表示。那么输出大小可以表示为
  
• 我们自己实现一个二维互相关运算
  

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2. 卷积层

• 卷积层中有两个参数：卷积核权重和标量偏置
• 和之前全连接层一样，在训练基于卷积层的模型时，我们也随机初始化卷积核权重
• 在__init__构造函数中，将weight和bias声明为两个模型参数，前向传播函数调用corr2d函数并添加偏置
  

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3. 图像中的目标边缘检测

• 如下是卷积层的一个简单应用：通过找到像素变化的位置，来检测图像中不同颜色的边缘
• 首先构造一个 $6\times 8$ 像素的黑白图像，中间四列为黑色，其余像素为白色
  
• 接下来构造一个高度为1，宽度为2的卷积核K。当进行互相关运算时，如果水平相邻的两元素相同，则输出为零，否则输出为非零
• 现在，我们对参数X（输入）和K（卷积核）执行互相关运算。 如下所示，输出Y中的1代表从白色到黑色的边缘，-1代表从黑色到白色的边缘，其他情况的输出为0
  

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4. 学习卷积核

• 让我们有更加复杂的需求的时候，那么我们就不可能手动设计滤波器了，那么我们是否可以学习有 X 生成 Y 的卷积核呢？
• 现在让我们看看是否可以通过仅查看“输入-输出”对来学习由X生成Y的卷积核。 我们先构造一个卷积层，并将其卷积核初始化为随机张量。接下来，在每次迭代中，我们比较Y与卷积层输出的平方误差，然后计算梯度来更新卷积核。为了简单起见，我们在此使用内置的二维卷积层，并忽略偏置
  
• 10次迭代后，误差降得已经足够低了，现在再看看我们所学的卷积核的权重张量：可以看到非常接近我们之前定义的卷积核 K

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5. 互相关和卷积

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6. 特征映射和感受野

• 下图输出的卷积层有时被称为特征映射，因为它可以被视为一个输入映射到下一层的空间维度的转换器
• 在卷积神经网络中，对于某一层的任意元素 x，其感受野是指在前向传播期间可能影响 x 计算的所有元素（来自所有先前层）
• 以下面的输出的第一个元素19为例，其感受野就是输入矩阵的蓝色部分
• 假设当前的输出为 Y，其大小为 $2\times 2$，我们再在其后面附加一个卷积层，该卷积层以 Y 为输入，输出单个元素 z。那么此时 z 的感受野就是 Y 中的四个元素。而 Y 的感受野就是输入矩阵中的九个元素。
  

原文地址：https://blog.csdn.net/hxdxiaoming/article/details/142872612

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