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CoordConv如何實現卷積加上坐標

發布時間:2023-03-15 14:27:26 來源:億速云 閱讀:136 作者:iii 欄目:開發技術

這篇文章主要介紹了CoordConv如何實現卷積加上坐標的相關知識,內容詳細易懂,操作簡單快捷,具有一定借鑒價值,相信大家閱讀完這篇CoordConv如何實現卷積加上坐標文章都會有所收獲,下面我們一起來看看吧。

    CoordConv:給你的卷積加上坐標

    CoordConv如何實現卷積加上坐標

    一、理論介紹

    1.1 CoordConv理論詳解

    這是一篇考古的論文復現項目,在2018年Uber團隊提出這個CoordConv模塊的時候有很多文章對其進行批評,認為這個不值得發布一篇論文,但是現在重新看一下這個idea,同時再對比一下目前Transformer中提出的位置編碼(Position Encoding),你就會感概歷史是個圈,在角點卷積中,為卷積添加兩個坐標編碼實際上與Transformer中提出的位置編碼是同樣的道理。 眾所周知,深度學習里的卷積運算是具有平移等變性的,這樣可以在圖像的不同位置共享統一的卷積核參數,但是這樣卷積學習過程中是不能感知當前特征在圖像中的坐標的,論文中的實驗證明如下圖所示。通過該實驗,作者證明了傳統卷積在卷積核進行局部運算時,僅僅能感受到局部信息,并且是無法感受到位置信息的。CoordConv就是通過在卷積的輸入特征圖中新增對應的通道來表征特征圖像素點的坐標,讓卷積學習過程中能夠一定程度感知坐標來提升檢測精度。

    CoordConv如何實現卷積加上坐標

    傳統卷積無法將空間表示轉換成笛卡爾空間中的坐標和one-hot像素空間中的坐標。卷積是等變的,也就是說當每個過濾器應用到輸入上時,它不知道每個過濾器在哪。我們可以幫助卷積,讓它知道過濾器的位置。這一過程需要在輸入上添加兩個通道實現,一個在i坐標,另一個在j坐標。通過上面的添加坐標的操作,我們可以的出一種新的卷積結構--CoordConv,其結構如下圖所示:

    CoordConv如何實現卷積加上坐標

    二、代碼實戰

    本部分根據CoordConv論文并參考飛槳的官方實現完成CoordConv的復現。

    import paddle
    import paddle.nn as nn
    import paddle.nn.functional as F
    from paddle import ParamAttr
    from paddle.regularizer import L2Decay
    from paddle.nn import AvgPool2D, Conv2D

    2.2 CoordConv類代碼實現

    首先繼承nn.Layer基類,其次使用paddle.arange定義gx``gy兩個坐標,并且停止它們的梯度反傳gx.stop_gradient = True,最后將它們concat到一起送入卷積即可。

    class CoordConv(nn.Layer):
        def __init__(self, in_channels, out_channels, kernel_size, stride, padding):
            super(CoordConv, self).__init__()
            self.conv = Conv2D(
                in_channels + 2, out_channels , kernel_size , stride , padding)
        def forward(self, x):
            b = x.shape[0]
            h = x.shape[2]
            w = x.shape[3]
            gx = paddle.arange(w, dtype='float32') / (w - 1.) * 2.0 - 1.
            gx = gx.reshape([1, 1, 1, w]).expand([b, 1, h, w])
            gx.stop_gradient = True
            gy = paddle.arange(h, dtype='float32') / (h - 1.) * 2.0 - 1.
            gy = gy.reshape([1, 1, h, 1]).expand([b, 1, h, w])
            gy.stop_gradient = True
            y = paddle.concat([x, gx, gy], axis=1)
            y = self.conv(y)
            return y
    class dcn2(paddle.nn.Layer):
        def __init__(self, num_classes=1):
            super(dcn2, self).__init__()
            self.conv1 = paddle.nn.Conv2D(in_channels=3, out_channels=32, kernel_size=(3, 3), stride=1, padding = 1)
            self.conv2 = paddle.nn.Conv2D(in_channels=32, out_channels=64, kernel_size=(3,3),  stride=2, padding = 0)
            self.conv3 = paddle.nn.Conv2D(in_channels=64, out_channels=64, kernel_size=(3,3), stride=2, padding = 0)
            self.offsets = paddle.nn.Conv2D(64, 18, kernel_size=3, stride=2, padding=1)
            self.mask = paddle.nn.Conv2D(64, 9, kernel_size=3, stride=2, padding=1)
            self.conv4 = CoordConv(64, 64, (3,3), 2, 1)
            self.flatten = paddle.nn.Flatten()
            self.linear1 = paddle.nn.Linear(in_features=1024, out_features=64)
            self.linear2 = paddle.nn.Linear(in_features=64, out_features=num_classes)
        def forward(self, x):
            x = self.conv1(x)
            x = F.relu(x)
            x = self.conv2(x)
            x = F.relu(x)
            x = self.conv3(x)
            x = F.relu(x)
            x = self.conv4(x)
            x = F.relu(x)
            x = self.flatten(x)
            x = self.linear1(x)
            x = F.relu(x)
            x = self.linear2(x)
            return x
    cnn3 = dcn2()
    model3 = paddle.Model(cnn3)
    model3.summary((64, 3, 32, 32))
    ---------------------------------------------------------------------------
     Layer (type)       Input Shape          Output Shape         Param #    
    ===========================================================================
       Conv2D-26     [[64, 3, 32, 32]]     [64, 32, 32, 32]         896      
       Conv2D-27     [[64, 32, 32, 32]]    [64, 64, 15, 15]       18,496     
       Conv2D-28     [[64, 64, 15, 15]]     [64, 64, 7, 7]        36,928     
       Conv2D-31      [[64, 66, 7, 7]]      [64, 64, 4, 4]        38,080     
      CoordConv-4     [[64, 64, 7, 7]]      [64, 64, 4, 4]           0       
       Flatten-1      [[64, 64, 4, 4]]        [64, 1024]             0       
       Linear-1         [[64, 1024]]           [64, 64]           65,600     
       Linear-2          [[64, 64]]            [64, 1]              65       
    ===========================================================================
    Total params: 160,065
    Trainable params: 160,065
    Non-trainable params: 0
    ---------------------------------------------------------------------------
    Input size (MB): 0.75
    Forward/backward pass size (MB): 26.09
    Params size (MB): 0.61
    Estimated Total Size (MB): 27.45
    ---------------------------------------------------------------------------
    {'total_params': 160065, 'trainable_params': 160065}
    class MyNet(paddle.nn.Layer):
        def __init__(self, num_classes=1):
            super(MyNet, self).__init__()
            self.conv1 = paddle.nn.Conv2D(in_channels=3, out_channels=32, kernel_size=(3, 3), stride=1, padding = 1)
            self.conv2 = paddle.nn.Conv2D(in_channels=32, out_channels=64, kernel_size=(3,3),  stride=2, padding = 0)
            self.conv3 = paddle.nn.Conv2D(in_channels=64, out_channels=64, kernel_size=(3,3), stride=2, padding = 0)
            self.conv4 = paddle.nn.Conv2D(in_channels=64, out_channels=64, kernel_size=(3,3), stride=2, padding = 1)
            self.flatten = paddle.nn.Flatten()
            self.linear1 = paddle.nn.Linear(in_features=1024, out_features=64)
            self.linear2 = paddle.nn.Linear(in_features=64, out_features=num_classes)
        def forward(self, x):
            x = self.conv1(x)
            x = F.relu(x)
            x = self.conv2(x)
            x = F.relu(x)
            x = self.conv3(x)
            x = F.relu(x)
            x = self.conv4(x)
            x = F.relu(x)
            x = self.flatten(x)
            x = self.linear1(x)
            x = F.relu(x)
            x = self.linear2(x)
            return x
    # 可視化模型
    cnn1 = MyNet()
    model1 = paddle.Model(cnn1)
    model1.summary((64, 3, 32, 32))
    ---------------------------------------------------------------------------
     Layer (type)       Input Shape          Output Shape         Param #    
    ===========================================================================
       Conv2D-1      [[64, 3, 32, 32]]     [64, 32, 32, 32]         896      
       Conv2D-2      [[64, 32, 32, 32]]    [64, 64, 15, 15]       18,496     
       Conv2D-3      [[64, 64, 15, 15]]     [64, 64, 7, 7]        36,928     
       Conv2D-4       [[64, 64, 7, 7]]      [64, 64, 4, 4]        36,928     
       Flatten-1      [[64, 64, 4, 4]]        [64, 1024]             0       
       Linear-1         [[64, 1024]]           [64, 64]           65,600     
       Linear-2          [[64, 64]]            [64, 1]              65       
    ===========================================================================
    Total params: 158,913
    Trainable params: 158,913
    Non-trainable params: 0
    ---------------------------------------------------------------------------
    Input size (MB): 0.75
    Forward/backward pass size (MB): 25.59
    Params size (MB): 0.61
    Estimated Total Size (MB): 26.95
    ---------------------------------------------------------------------------
    {'total_params': 158913, 'trainable_params': 158913}

    關于“CoordConv如何實現卷積加上坐標”這篇文章的內容就介紹到這里,感謝各位的閱讀!相信大家對“CoordConv如何實現卷積加上坐標”知識都有一定的了解,大家如果還想學習更多知識,歡迎關注億速云行業資訊頻道。

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