关于上采样＆下采样
文章目录
- 为什么 PyTorch 没有提供 `nn.Downsample` ?
- 那请问nn.Upsample是怎么做到的上采样的呢？
- 使用 nn.Upsample
- nn.Upsample 的应用场景
上采样有nn.Upsample() ，但是没有对应的下采样。因为下采样实现的方式有很多的，通常，下采样任务是通过池化层（如 nn.MaxPool2d、nn.AvgPool2d）或者卷积层（如 nn.Conv2d with stride > 1）来实现的。 不过就是这两种方法的计算方式是一样的。
为什么 PyTorch 没有提供 nn.Downsample ?
Downsample 是一个概念性的操作，因为在深度学习中，下采样往往是带有特定目标的。例如，卷积下采样可以提取特征，池化下采样则关注特定模式,AvgPool2d 更适合平滑特征图，而 MaxPool2d更适合保留显著特征。因此，PyTorch 提供的下采样操作方法较为灵活多样，而没有提供单一的 nn.Downsample。
在实践中：
- 池化层 适合简单降维，
没有引入学习参数。不会增加特征学习的能力，因此适合在下游卷积层或特征提取层前使用 - 卷积层 在
下采样时还能学习特征，适合增强模型的表达能力，但是会引入学习参数。
总的来说，PyTorch选择不提供 Downsample，是因为池化和卷积已经涵盖了常用的下采样需求，同时允许用户有更大的控制和灵活性
那请问nn.Upsample是怎么做到的上采样的呢？
nn.Upsample 是 PyTorch 中用于上采样的层，能够将较小的特征图放大到更高的分辨率。它通过插值来实现上采样，可以选择不同的插值方法来填充新生成的像素值，常见的方法包括 nearest（最近邻插值）和 bilinear（双线性插值）。
具体有以下几种常用的模式：
- nearest（最近邻插值）：简单复制最近的像素值。这种方式计算快，但生成的图像会比较“块状”。
不会增加计算开销，也不会增加新的参数，适合生成粗略的上采样结果。 - bilinear（双线性插值）：通过周围 2x2 的像素值加权平均来计算新像素值，使上采样后的图像更平滑。适合处理需要平滑过渡的图像，但会稍微增加计算量。
- bicubic（双三次插值）（仅支持 4D 输入）：使用更复杂的插值公式，基于周围 4x4 像素加权计算新像素，能生成更平滑的图像。这种方式更耗时，通常用于生成高质量图像。
- trilinear（三线性插值）（适用于 5D 张量）：用于 3D 特征图的上采样，可以在体素数据（3D volume data）处理中使用。
使用 nn.Upsample
在使用时，可以设置 scale_factor 参数（指定放大的倍数）或 size 参数（直接指定目标大小）。
import torch
import torch.nn as nn
# 假设输入张量的形状为 [3, 4, 8, 8]
input_tensor = torch.randn(3, 4, 8, 8)
# 创建一个上采样层，将尺寸放大 2 倍
upsample = nn.Upsample(scale_factor=2, mode='bilinear')
output_tensor = upsample(input_tensor)
print(output_tensor.shape) # 输出为 [3, 4, 16, 16]
在此示例中，我们将 scale_factor=2，上采样方式为 bilinear，因此尺寸从 [8, 8] 放大到了 [16, 16] 。
nn.Upsample 的应用场景
生成对称网络：在编码-解码结构（如 U-Net）中，用于将下采样的特征图恢复到更高分辨率。
生成对抗网络（GANs）：用于生成高清晰度图像。
总结: nn.Upsample 是一种不增加参数的上采样方法，适合特征图的放大需求，通过不同的插值方式控制上采样质量，具体选择取决于计算效率和精度的平衡。