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caffe中的deconvolution和upsample的区别?
2023-04-03
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深度学习中,deconvolution和upsample是两种常见的图像处理技术,它们都可以用于将输入图像或特征图扩大到更高分辨率。但是,尽管这两种技术表面上看起来相似,它们之间有着重要的区别。

一、deconvolution

Deconvolution,反卷积,通常指的是转置卷积(transpose convolution),其实是一种卷积操作,只是它的卷积核与正常卷积的卷积核是不同的。在正常卷积中,卷积核的每个元素都对应着一个局部感受野内的像素,而在deconvolution中,卷积核的每个元素表示的是输出中的每个像素“对应”于输入中的哪些像素。也就是说,在deconvolution中,卷积核的作用是将输入图像扩大到更高分辨率的输出图像。

举个例子,假设我们有一个大小为3x3的输入矩阵,以及一个大小为2x2的卷积核:

Input:
  1 2 3
  4 5 6
  7 8 9

Kernel:
  a b
  c d

在传统卷积中,卷积核的每个元素都对应着一个局部感受野内的像素。例如,在输入矩阵的左上角,卷积核的第一个元素a对应着输入矩阵的左上角的像素1:

  a b       1 2
  c d   *   4 5    =   (a*1 + b*2 + c*4 + d*5)

在deconvolution中,卷积核的作用则是将输出图像上的每个像素与输入图像上的若干像素相结合,从而得到原始的输入图像。因此,在前面的例子中,如果我们想将输出矩阵的大小扩大为5x5,那么结果会如下所示:

Output:
  2a  +  3b        4a  +  5b         6b  +  7c       8b  +  9c
  4a  +  5b  +  6c  +  7d  8a  +  9b  + 10c  + 11d  12b  + 13c  + 14d  16b  + 17c  + 18d
  6c  +  7d  +  8e  +  9f 10c  + 11d  + 12e  + 13f  14c  + 15d  + 16e  + 17f  18c  + 19d  + 20e  + 21f
  8e  +  9f  + 10g 11e  + 12f  + 13g 14e  + 15f  + 16g 17e  + 18f  + 19g  20e  + 21f  + 22g  + 23h
  11g  + 12h       14g  + 15h       17g  + 18h       20g  + 21h 

二、upsample

Upsample,又称为上采样,是将输入图像的分辨率提高的一种技术。与deconvolution不同的是,upsample并不涉及任何卷积操作,而是简单地将输入图像中的每个像素重复若干次,在输出图像中生成更多的像素。

以最简单的倍增采样为例,假设输入图像大小为NxN

,那么倍增采样的操作就是将输入图像中的每个像素插入一个新的行和列,从而将图片大小扩大为2N x 2N。具体地说,如果我们有一个输入矩阵:

Input:
  a b c
  d e f
  g h i

那么它可以通过简单的插值操作得到如下的输出矩阵:

Output:
  a a b b c c
  a a b b c c
  d d e e f f
  d d e e f f
  g g h h i i
  g g h h i i

与deconvolution不同,在upsample过程中没有任何卷积操作,因此实现起来要比deconvolution简单得多。同时,由于不涉及卷积核的计算,upsample也不会引入额外的参数,因此在一些轻量级的神经网络中被广泛使用。

三、deconvolution和upsample的应用

由于deconvolution和upsample都可以将输入图像或特征图扩大到更高分辨率,它们都被广泛地应用于图像生成、语义分割等任务中。例如,在图像生成任务中,我们通常需要将随机噪声转化为一张高分辨率的图像,这时候就可以使用deconvolution或upsample来实现;在语义分割任务中,我们需要将低分辨率的图像上的像素映射到高分辨率的语义分割图上,这时候也可以使用deconvolution或upsample来扩大特征图的分辨率。

虽然deconvolution和upsample都可以完成图像的上采样,但是它们之间有着重要的区别。与upsample相比,deconvolution的计算复杂度更高,引入了额外的参数,因此通常需要更多的计算资源和时间。另一方面,upsample虽然计算简单,但是由于是简单的插值操作,很容易产生一些锯齿状的伪影,在某些情况下可能会导致输出图像的质量降低。

综上所述,deconvolution和upsample都是图像处理中非常重要的技术,它们各有优缺点,应根据具体问题的要求来选择合适的方法。在实际应用中,常常需要根据训练数据的性质以及计算资源的限制来权衡这两种方法的优劣,并结合其他技术进行优化,以获得更好的结果。

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