本文借鉴了CSDN:xf__mao的博客,原文地址 :https://blog.csdn.net/mao_xiao_feng/article/details/78004522
参数:
除去name参数用以指定该操作的name,与方法有关的一共五个参数:
input:
指需要做卷积的输入图像,它要求是一个Tensor,具有[batch, in_height, in_width, in_channels]这样的shape,具体含义是[训练时一个batch的图片数量, 图片高度, 图片宽度, 图像通道数],注意这是一个4维的Tensor,要求类型为float32和float64其中之一
filter:
相当于CNN中的卷积核,它要求是一个Tensor,具有[filter_height, filter_width, in_channels, out_channels]这样的shape,具体含义是[卷积核的高度,卷积核的宽度,图像通道数,卷积核个数],要求类型与参数input相同,有一个地方需要注意,第三维in_channels,就是参数input的第四维
strides:
TensorFlow 文档关于 strides的说明如下:
strides: 首先要求 strides 为长度不小于 4 的整数构成的 list,strides参数表示的是滑窗在输入张量各个维度上的移动步长。
而且一般要求 strides的参数,strides[0] = strides[3] = 1
具体什么含义呢?
一般而言,对于输入张量(input tensor)有四维信息:[batch, height, width, channels](分别表示 batch_size, 也即样本的数目,单个样本的行数和列数,样本的频道数,rgb图像就是三维的,灰度图像则是一维),对于一个二维卷积操作而言,其主要作用在 height, width上。
strides参数确定了滑动窗口在各个维度上移动的步数。一种常用的经典设置就是要求,strides[0]=strides[3]=1。
strides[0] = 1,也即在 batch 维度上的移动为 1,也就是不跳过任何一个样本,否则当初也不该把它们作为输入(input)
strides[3] = 1,也即在 channels 维度上的移动为 1,也就是不跳过任何一个颜色通道;
padding:
string类型的量,只能是”SAME”,”VALID”其中之一,这个值决定了不同的卷积方式(后面会介绍)
use_cudnn_on_gpu:
bool类型,是否使用cudnn加速,默认为true
data_format=‘NHWC’
区别
NHWC
[batch, in_height, in_width, in_channels]
NCHW
[batch, in_channels, in_height, in_width]
dilation
卷积核的膨胀,是孔洞算法。即卷积时,从输入中每隔 (dilation-1) 个元素取一个值而不是连续取值(因此当dilation=1时相当于不使用dilation)。所以当 kernel=3乘以3,且dilation=2时,实际覆盖的输入范围为5乘以5,只是从这25个数字中挑选出9个数字进行卷积计算。
结果返回一个和input结构相同的Tensor,这个输出,就是我们常说的feature map
实验
那么TensorFlow的卷积具体是怎样实现的呢,用一些例子去解释它:
1.考虑一种最简单的情况,现在有一张3×3单通道的图像(对应的shape:[1,3,3,1]),用一个1×1的卷积核(对应的shape:[1,1,1,1])去做卷积,最后会得到一张3×3的feature map
2.增加图片的通道数,使用一张3×3五通道的图像(对应的shape:[1,3,3,5]),用一个1×1的卷积核(对应的shape:[1,1,1,1])去做卷积,仍然是一张3×3的feature map,这就相当于每一个像素点,卷积核都与该像素点的每一个通道做点积
input = tf.Variable(tf.random_normal([1,3,3,5]))
filter = tf.Variable(tf.random_normal([1,1,5,1]))
op = tf.nn.conv2d(input, filter, strides=[1, 1, 1, 1], padding=‘VALID’)
3.把卷积核扩大,现在用3×3的卷积核做卷积,最后的输出是一个值,相当于情况2的feature map所有像素点的值求和
input = tf.Variable(tf.random_normal([1,3,3,5]))
filter = tf.Variable(tf.random_normal([3,3,5,1]))
op = tf.nn.conv2d(input, filter, strides=[1, 1, 1, 1], padding=‘VALID’)
4.使用更大的图片将情况2的图片扩大到5×5,仍然是3×3的卷积核,令步长为1,输出3×3的feature map
…
.xxx.
.xxx.
.xxx.
…
5.上面我们一直令参数padding的值为‘VALID’,当其为‘SAME’时,表示卷积核可以停留在图像边缘,如下,输出5×5的feature map
input = tf.Variable(tf.random_normal([1,5,5,5]))
filter = tf.Variable(tf.random_normal([3,3,5,1]))
op = tf.nn.conv2d(input, filter, strides=[1, 1, 1, 1], padding=‘SAME’)
xxxxx
xxxxx
xxxxx
xxxxx
xxxxx
6.如果卷积核有多个
input = tf.Variable(tf.random_normal([1,5,5,5]))
filter = tf.Variable(tf.random_normal([3,3,5,7]))
op = tf.nn.conv2d(input, filter, strides=[1, 1, 1, 1], padding=‘SAME’)
此时输出7张5×5的feature map
7.步长不为1的情况,文档里说了对于图片,因为只有两维,通常strides取[1,stride,stride,1]
input = tf.Variable(tf.random_normal([1,5,5,5]))
filter = tf.Variable(tf.random_normal([3,3,5,7]))
op = tf.nn.conv2d(input, filter, strides=[1, 2, 2, 1], padding=‘SAME’)
此时,输出7张3×3的feature map
x.x.x
…
x.x.x
…
x.x.x
8.如果batch值不为1,同时输入10张图
input = tf.Variable(tf.random_normal([10,5,5,5]))
filter = tf.Variable(tf.random_normal([3,3,5,7]))
op = tf.nn.conv2d(input, filter, strides=[1, 2, 2, 1], padding=‘SAME’)
每张图,都有7张3×3的feature map,输出的shape就是[10,3,3,7]