caffe卷积原理

作为cnn中最重要的卷积,最简单的理解就为:


caffe卷积原理_第1张图片
按照一定步长,卷积核与图片点乘求和得到新的值

其中,卷积主要的参数有:

stride 步长              stride_w,stride_h

kernel_size             kernel_w,kernel_w

dilation                    膨胀系数

padding                  pad_w,pad_h

卷积层:conv_layer.cpp

里面主要有

compute_output_shape()    计算输出blob的大小

Forward_cpu

Backward_cpu

其中Forword_cpu主要用到了forward_cpu_gemm,这个位于base_conv_layer,

forward_cpu_gemm里面使用到了conv_im2col_cpu,caffe_cpu_gemm。

conv_im2col_cpu   是把输入图像变为一个矩阵,这样子做能直接和卷积核组成的矩阵做点乘,得到的矩阵就为 卷积后每一个特征图就为为这矩阵中一个行向量。

查看cov_im2col_cpu;


caffe卷积原理_第2张图片
根据条件满足与否,分为二维卷积以及n维卷积

我们先以im2col_cpu为入手:

主要参数为:

1.data  

 2.conv_channels 卷积的通道数

3.conv_input_shape.cpu_data()[1]         即image_h 输入图像的height,主要下标

4conv_input_shape.cpu_data()[1]          image_w

5.padding_h,padding_w

6.stride_h,stride_w

7.dilation    膨胀系数

caffe卷积原理_第3张图片

推导过程太复杂了,这里有一个单通道的完整的推导过程:lib.csdn.net/article/aiframework/62849

总之,im2col,就是把一个图片上的对应每一个卷积核大小的窗函数里面的元素,变为列向量,随着步长的移动,得到不同的列向量,合并起来得到一个矩阵,也就是col_buff

那caffe中是怎么样计算卷积的:

我们先从单通道入手,用一个单通道卷积核去卷积一个单通道图像:


在不考虑膨胀系数的情况下,N=((image_h+2*pad_h-kenrel_h)/stride_h+1)*((image_w+2*pad_w-kenrel_w)/stride_w+1),其实就是计算经卷积后输出的图像的长与宽,再相乘,得到feature map的大小。

那当是多通道图片(比如说最开始的三通道,以及经过一层卷积后的拥有很多通道的特征图)的情况是什么样的?


c通道的情况

下面以一个实际的例子:


这就是caffe卷积的原理。





caffe_gpu_gemm(CblasNoTrans,CblasTrans,M,N,K(Dtype)1,top_diff,bottom_data,(Dtype)1,weights_diff)

voidcaffe_gpu_gemm(constCBLAS_TRANSPOSETransA,constCBLAS_TRANSPOSETransB,const intM,const intN,const intK,constDtypealpha,constDtype* A,constDtype*B,constDtypebeta,

Dtype* C);


caffe_gpu_gemm(CblasTrans,CblasNoTrans,kernel_dim_,

conv_out_spatial_dim_,conv_out_channels_/group_,

(Dtype)1.,weights +weight_offset_* g,output +output_offset_* g,

(Dtype)0.,col_buff +col_offset_* g);

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