文章目录
- 滑动窗口
- 卷积实现全连通层
- 卷积优化滑动窗口
滑动窗口
用于物体检测,不仅要识别出图像中的物体,还要用一个矩形框标示出物体的位置。除了直接训练一个网络输出矩形的坐标,另一种方法就是滑动窗口了。我们设计一个固定比例的方框,称之为“窗口”,之后在整张图片上移动该窗口扫描图片,将框住的内容传进网络中判断其中是否有我们想探测的物体。在完成一次扫描后,还可以等比例放缩窗口,进行多次扫描。
但滑动窗口算法的问题就在于,该算法会把大量的待检测图像传入神经网络中,导致检测一张图片的计算开销非常巨大。如果调整步距,使得每次窗口滑动的距离变大,又容易卡掉需要检测的物体,让结果不准确。
卷积实现全连通层
在介绍CNN的时候我们也提到了全连通层,其实就是普通的神经网络层。而实际上,全连通层的运算也可以用卷积形式实现,只需要用个与输入矩阵等大的过滤器,就可以输出的矩阵,与全连通层的运算和参数规模都是一样的:
卷积优化滑动窗口
如何将上面的卷积形式应用到滑动窗口?仔细观察可以发现,矩阵卷积的运算方式和滑动窗口特别相似,都是用一个方框在大矩阵上移动,然后计算被框住的部分。所以滑动窗口的计算就可以看作是一个卷积过程!
在下面这个例子中,假设我们要检验大小为的区域是否有目标物体。检测这样一张子图的网络如下图所示:
而若原图片是的,滑动的步距为,我们需要检测的子图就有4张。我们可以发现,将同样的卷积和池化运算作用到该矩阵上,我们最后会得到一个的矩阵,恰好对应了的窗口滑动得到的4张子图:
而与单独的四次运算不同的是,卷积将四个子图的重复部分利用起来,节省了大量运算。对于更大的图片,也是同理,我们最后能得到的输出矩阵每个元素都对应一个窗口框出来的子图: