Tensorflow中的反卷积

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• 实现函数：tf.nn.conv2d_transpose(input_tensor, filter_weights_tensor, output_shape, strides, padding)
  
  • input_tensor: 代表的是输入的tensor，默认的size是[batch_size, w, h, channel]
  • filter_weight_tensor: 代表卷积运算时filter参数的tensor，默认的size是[filter_size, filter_size, output_channel, in_channel]
  • output_shape: 代表输出的tensor的大小，是一个list[batch_size, output_w, output_h, output_channel]
  • strides: 代表对应卷积操作的步长，[1, stride_w, stride_h, 1]
  • padding: 补全的方式
• 注意，如果outputshape没设置对的话，会在运行时报错。

• 那么如何计算output shape呢？这里我们把反卷积称之为卷积操作的转置。假设我们padding的方式是SAME，输入图像的size是$w_i, h_i, c_i$，输入图像的size是$w_o, h_o, c_o$。filter的size是$f_w, f_h$。stride的大小是$s_w, s_h$。

  • $c_o$是取决于filter的个数。
  • $w_o = w_i * s_w$
  • $h_o = h_i * s_h$

  • 这里我们就疑惑了，为什么步长设置大了，反而得到的输出结果还变大了呢？

    • 从理解角度来说，因为我们这里是将反卷积看作卷积的转置，所以我们可以把stride看成对应卷积操作的步长。比如说，我们通过卷积操作将$w_o, h_o$变成了$w_i, h_i$，这里的步长就是上述卷积操作的步长。
    • 从实现角度来讲，我们知道反卷积的本质还是卷积，他其实是在图像内部插入了许多0点，从而实现了步长大于1的操作。如下图所示,其中蓝色框中间的点就是插入的0点。其实内部反卷积的步长还是1，但是对应的卷积的步长就是2了。
      

    反卷积和卷积的动画

    • 每个反卷积操作都可以看成一个卷积操作的转置，由于shape可以决定padding和stride的大小，我们的反卷积的padding 和stride大小和对应的卷积的padding和stride大小一致