什麼是卷積呢

話不多說,首先我先上一張動圖!

這裏寫圖片描述
這幅圖展示的就是一個二維卷積的過程,也就是一般二維圖像的濾波過程。
首先左邊的5*5的綠色區域代表的是待卷積對象,這裏理解爲一幅圖像的一個維度,例如灰度圖就是圖像的灰度值,RGB彩色圖就是RGB中的某一個通道;中間在移動的黃色區域是卷積核(注意右下角的紅字纔是卷積核的一部分,中間的黑字是屬於綠色原圖的,不信你看卷積核在移動的時候中間的黑字是不變的);右邊的粉紅區域是卷積後的圖(因爲它也是3*3的可不要理解爲它跟卷積核一樣大小,其實它的大小是原圖的大小減去步長*2,這裏的步長是1,也就是每次移動一格,所以卷積後的大小就是5-1*2=3),仔細觀察發現卷積核每動一下右邊就會增加一格數字,而且增加的方向和卷積核移動的方向一致,就像意大利足球隊的後防線一樣整齊。那麼我們就來講講這裏具體是怎麼計算的。
卷積實際上是一個先乘後加的過程,卷積核掃過的區域都進行一次對位點乘再求和,比方說從第一步開始,原圖左上角九個數字分別是
1 1 1
0 1 1
0 0 1
而卷積核一直是
1 0 1
0 1 0
1 0 1
那麼對位相乘就是
1*1 1*0 1*1
0*0 1*1 1*0
0*1 0*0 1*1
求和就是
1 + 0 + 1 +
0 + 1 + 0 +
0 + 0 + 1 = 4
就此,第一個卷積後的數算出來了,就是4,此時卷積核向右移動,步長是1就移動一格,計算第一排第二個數,同樣的規則,1*1+0*0+0*1+1*0+0*1+0*0+1*1+1*0+1*1=3
以此類推,卷積核可以橫豎各三個區域,也就是9個區域,所以最終的卷積結果是3*3的一幅圖。
其實圖像處理裏的濾波操作不僅僅只有卷積,卷積是一個點乘求和的過程,而濾波有一些是非線性的,比如中值濾波就是求原圖被卷積區域的中位數,例如
1 3 5
7 6 2
3 8 3
經過一次3*3的中值濾波結果就是3,因爲9個數的中位數就是第5大的數,也就是3了。
親們可以自己試試步長爲2的結果,看看最後出來的圖像大小是多少。

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