卷积神经网络中二维卷积核与三维卷积核有什么区别？
目录
1 一维卷积神经网络（1D-CNN）
2 二维卷积神经网络（2D-CNN）
2.1 单通道
2.2 多通道
2.3 2D卷积的计算
3 三维卷积
3.1 3D卷积
3.2 3D卷积的计算
4 如何理解卷积神经网络中的通道（channel）
4.1 多通道
4.2 单通道
1 一维卷积神经网络（1D-CNN）
一维卷积常用在序列模型、自然语言处理领域；
- 图中的输入的数据维度为8，过滤器的维度为5。与二维卷积类似，卷积后输出的数据维度为8−5+1=4。
- 如果过滤器数量仍为1，输入数据的channel数量变为16，即输入数据维度为8×16。这里channel的概念相当于自然语言处理中的embedding，而该输入数据代表8个单词，其中每个单词的词向量维度大小为16。在这种情况下，过滤器的维度由55变为5×16，最终输出的数据维度仍为4。
- 如果过滤器数量为n，那么输出的数据维度就变为4×n。
- 一维卷积常用于序列模型，自然语言处理领域。
2 二维卷积神经网络（2D-CNN）
二维卷积常用在计算机视觉、图像处理领域（在视频的处理中，是对每一帧图像分别利用CNN来进行识别，没有考虑时间维度的信息）；
2.1 单通道
- 图中的输入的数据维度为14×14，过滤器大小为5×5，二者做卷积，输出的数据维度为10×10（14−5+1=10）。。
- 上述内容可以说channel的数量为1。如果将二维卷积中输入的channel的数量变为3，即输入的数据维度变为（14×14×3）。由于卷积操作中过滤器的channel数量必须与输入数据的channel数量相同，过滤器大小也变为5×5×3。在卷积的过程中，过滤器与数据在channel方向分别卷积，之后将卷积后的数值相加，即执行10×10次3个数值相加的操作，最终输出的数据维度为10×10。
- 以上都是在过滤器数量为1的情况下所进行的讨论。如果将过滤器的数量增加至16，即16个大小为10×10×3的过滤器，最终输出的数据维度就变为10×10×16。可以理解为分别执行每个过滤器的卷积操作，最后将每个卷积的输出在第三个维度（channel 维度）上进行拼接。
- 二维卷积常用于计算机视觉、图像处理领域。
2.2 多通道
多通道卷积。每个卷积核都应用于上一层的输入通道，以生成一个输出通道。 所有输出通道组合在一起组成输出层。如下图所示：
动图：https://pica.zhimg.com/50/v2-9b822c07062fed010d0fecbac56c3763_720w.webp?source=1940ef5c
输入层为
的矩阵（即为三通道）。滤波器为
的矩阵（即含有3个卷积核）。首先滤波器中的每个卷积核分别应用于输入层的三个通道。执行上次卷积计算，输出3个
的通道。
https://pica.zhimg.com/50/v2-fa76727d15dfaa1f81c4eab712b4e866_720w.jpg?source=1940ef5c
然后对这三通道相加即进行矩阵加法，得到一个
的单通道。这个通道就是在输入层（）应用单个滤波器（）的结果。
同样地，以上过程可以更为统一地看成一个3D的滤波器对输入层进行处理。其中输入层和滤波器有着相同的深度，即输入层的通道数量与滤波器中卷积核数量相同。3D滤波器即只需要在输入层（如图像）的2个维度高和宽滑动（这也是为什么3D滤波器用于处理3D矩阵时，该运算过程称为2D卷积的原因）。在每个滑动位置，执行乘法和加法运算得到一个运算结果（单个数字）。在下面的例子中，滑动在
的输入层（为任意值），最后得到的输出层仅含一个输出通道。
进一步地，我们就能非常轻易地理解如何在不同深度的层（Layer）进行转换。假设输入层有
个通道，而输出层需要得到
个通道。只需要将个过滤器对输入层进行处理，而每一个过滤器有个卷积核。每个过滤器提供一个输出通道。完成该过程将得到个通道组成输出层。
以彩色图像RGB为例（一个过滤器）：
图是对一个3通道的图片做卷积操作，卷积核的大小为 3 × 3 ，卷积核的数目为3，此时过滤器指的就是这三个卷积核的集合，维度是 3 × 3 × 3 ，前面的 3 × 3 指的是卷积核的高度（H）和宽度（W），后面的那个 3 指的是卷积核的数目（通道数）。
上面的操作是对三个通道分别做卷积操作，然后将卷积的结果相加，最后输出一个特征图。
即： 一个过滤器就对应一个特征图。
2.3 2D卷积的计算
- 输入层：
- 超参数：
- 过滤器个数：
- 过滤器中卷积核维度：
- 滑动步长（Stride）：
- 填充值（Padding）：
- 过滤器个数：
- 输出层：
其中输出层和输入层之间的参数关系为，
参数量为：
3 三维卷积
3.1 3D卷积
在上一个插图中，可以看出，这实际上是在完成3D卷积。但通常意义上，仍然称之为深度学习 的2D卷积。因为将滤波器深度和输入层深度相同，3D滤波器仅在2个维度上移动（例如图像的高度和宽度），得到的结果为单通道。
通过将2D卷积的推广，在3D卷积定义为滤波器的深度小于输入层的深度（即卷积核的个数小于输入层通道数），故3D滤波器需要在三个维度上滑动（输入层的长、宽、高）。在滤波器滑动的每个位置执行一次卷积操作，得到一个数值。当滤波器滑过整个3D空间，输出的结构也是3D的。
2D卷积和3D卷积的主要区别为滤波器滑动的空间维度。3D卷积的优势在于描述3D空间中的 对象关系。3D关系在某一些应用中十分重要，如3D对象的分割以及医学图像的重构等。
https://pic1.zhimg.com/50/v2-e7e31e6b4a86e54dc07e61a8144ce6dc_720w.webp?source=1940ef5c
3D卷积操作如图所示，同样分为单通道和多通道：
- 对于单通道输入，与2D卷积不同之处在于，输入图像多了一个深度(depth)维度，卷积核也多了一个
维度，因此3D卷积核的尺寸为 
，每次滑窗与 
窗口内的值进行相关操作，得到输出3D图像中的一个值。 - 对于多通道输入，则与2D卷积的操作一样，每次滑窗与3个channels上的 窗口内的所有值进行相关操作，得到输出3D图像中的一个值。
这里采用代数的方式对三维卷积进行介绍，具体思想与一维卷积、二维卷积相同。
- 假设输入数据的大小为a1×a2×a3，channel数为c，过滤器大小为f，即过滤器维度为f×f×f×c（一般不写channel的维度），过滤器数量为n。
- 基于上述情况，三维卷积最终的输出为(a1−f+1)×(a2−f+1)×(a3−f+1)×n。该公式对于一维卷积、二维卷积仍然有效，只有去掉不相干的输入数据维度就行。
- 三维卷积常用于医学领域（CT影响），视频处理领域（检测动作及人物行为）。
3.2 3D卷积的计算
- 输入层：
- 超参数：
- 过滤器个数：
- 过滤器中卷积核维度：
- 滑动步长（Stride）：
- 填充值（Padding）：
- 过滤器个数：
- 输出层：
其中输出层和输入层之间的参数关系为，
参数量为：
4 如何理解卷积神经网络中的通道（channel）
在卷积神经网络中我们通常需要输入 in_channels 和 out_channels ，即输入通道数和输出通道数，它们代表什么意思呢？
核心观点：
- 对于最初输入图片样本的通道数
in_channels取决于图片的类型，如果是彩色的，即RGB类型，这时候通道数固定为3，如果是灰色的，通道数为1。 - 卷积完成之后，输出的通道数
out_channels取决于过滤器的数量。从这个方向理解，这里的out_channels设置的就是过滤器的数目。 - 对于第二层或者更多层的卷积，此时的
in_channels就是上一层的out_channels，out_channels还是取决于过滤器数目。
在第2条用的是过滤器，而不是卷积核 。
4.1 多通道
对于第1点和过滤器示例可以参考下图：
这里输入通道数是3，每个通道都需要跟一个卷积核做卷积运算，然后将结果相加得到一个特征图的输出，这里有4个过滤器，因此得到4个特征图的输出，输出通道数为4。
单个特征图的计算可看下图：
4.2 单通道
输入是灰色图片，输入通道数是1，卷积核有3个，做三次卷积操作，生成3个特征图，输出通道数为3。
单通道特征图的计算为：
这里可能会有人有疑惑为什么图片的类型是RGB的，它的通道数就是3呢？
这里要从计算机如何识别图片来考虑。在人眼中看到的图片是五颜六色，对于计算机来说就只是数字。那么计算机如何分辨图片颜色呢？——RGB。所有颜色都可以用这三种颜色来表示，因此我们只需要三个数字就可以表示一种颜色。
计算机要表示整张图片，就是用数字去表示整张图片的所有像素，但是每个像素需要三个数值来表示，于是就有了图片的3通道。每个通道分别表示RGB三种颜色。
最初的通道数是3，但是有的神经网络通道数目多达100多个，怎么理解呢？
我们依然可以类比RGB通道，对于多通道我们可以看做是颜色表示的更抽象版本，每一个通道都表示图像某一方面的信息。
卷积神经网络中二维卷积核与三维卷积核有什么区别？ - 知乎
卷积神经网络（CNN）之一维卷积、二维卷积、三维卷积详解 - 程序员大本营
输入是7帧的灰度图。
对input 进行编码。
池化：只对空间维度进行池化。
卷积核是3*3*3，第一个3表示时间维度，后面两个表示空间维度