深入理解zeropadding

小蓝 • 2024-12-12 13:28 • 编程

一、zeropadding2d

zeropadding2d是指在二维卷积神经网络中对输入的矩阵进行零填充，在卷积中避免像素信息流失的现象。它的作用是在进行二维卷积时，可以有效地增加了图像的周围边界信息，使得边界上的像素能够得到足够的卷积处理，避免信息流失。


import numpy as np
import tensorflow as tf
def zero_padding(img,pad_size):
    padding = ((0,0),(pad_size,pad_size),(pad_size,pad_size),(0,0))
    return tf.pad(img, padding, mode='CONSTANT', constant_values=0)

以上是如何实现2D的zeropadding：

首先定义一个函数`zero_padding`，接收两个参数`img`、`pad_size`；
然后定义变量`padding`，实现了在水平和垂直方向进行`pad_size`长度的零填充；
最后使用`tf.pad`对输入的图片进行零填充。

二、zero padding

zero padding是指对输入矩阵进行扩展，将边缘部分用0填充。它的主要作用是在数字信号处理中以零填充的方式来扩展原始数据，以使得波形的长度可以被完整地包含在一个固定的大小内，避免了产生数据量不一致的问题。


def zero_padding_1d(signal, pad_size):
    zeros = np.zeros(pad_size, dtype=signal.dtype)
    return np.concatenate([zeros,signal,zeros])

以下是如何实现1D的zero padding：

首先定义一个函数`zero_padding_1d`，接收两个参数：`signal`、`pad_size`；
定义变量`zeros`，用于在原数字信号两端填充shape大小为`pad_size`、数据类型为`signal.dtype`的0元素；
使用`np.concatenate`函数连接`zeros`、原信号和`zeros`三个数组，实现了在信号两端以0进行填充。

三、zeropadding2d作用

零填充的作用是避免在卷积过程中图像边缘由于卷积核的不合适而导致信息丢失。当使用卷积核对二维图像进行卷积处理时，卷积核只能处理与其大小相同的图像区域，如果当前处理的位置在图像边缘，那么卷积核处理的图像区域可能会超出原始图像的范围。为了避免出现这种情况，可以对原始图像进行某种形式的填充操作，以增加图像大小，使其能够完全包含所有使用到的卷积核区域。这样就可以保证了所有像素点都能被卷积核遍历到。

四、zeropadding填充方式

在进行零填充时，常见的填充方式有两种：

对称填充：将边缘像素复制和镜像填补。以最后一个像素为例，将其镜像，按顺序填补。
常量填充：直接在边缘处填充指定值，常用的是0。

五、zeropadding2d是什么

在深度学习中，`zeropadding2d`是一种常见操作，用于在计算卷积层时，在输入矩阵的周围添加若干列和行，使得卷积核能够处理输入矩阵的边缘部分。


tf.keras.layers.Conv2D(filters = 32, kernel_size = (3, 3), activation='relu', padding='same',input_shape = (28,28,1))

在keras中，通过在`Conv2D`中设置`padding=’same’`，即可自动进行zeropadding2d操作。

六、zero padding的主要作用

在数字信号处理中，zero padding的主要作用是对信号的长度进行扩展，使信号长度固定，以便于使用可逆离散傅里叶变换（IDFT）。在图像分析、语音识别等领域中，信号长度的变化会直接影响到模型精度和鲁棒性，使用zero padding可以避免此问题。

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