mindspore.ops.Conv3D

class mindspore.ops.Conv3D(out_channel, kernel_size, mode=1, pad_mode='valid', pad=0, stride=1, dilation=1, group=1, data_format='NCDHW')[源代码]

三维卷积层。

对输入Tensor计算三维卷积。通常，输入Tensor的shape为 \((N, C_{in}, D_{in}, H_{in}, W_{in})\) ，其中 \(N\) 为batch size，\(C\) 为通道数，\(D, H, W\) 分别为特征图的深度、高度和宽度。

根据以下公式计算输出：

\[\text{out}(N_i, C_{\text{out}_j}) = \text{bias}(C_{\text{out}_j}) + \sum_{k = 0}^{C_{in} - 1} \text{ccor}({\text{weight}(C_{\text{out}_j}, k), \text{X}(N_i, k)})\]

其中， \(bias\) 为输出偏置，\(ccor\) 为 cross-correlation 操作， \(weight\) 为卷积核的值， \(X\) 为输入的特征图。

  • \(i\) 对应batch数，其范围为 \([0, N-1]\) ，其中 \(N\) 为输入batch。

  • \(j\) 对应输出通道，其范围为 \([0, C_{out}-1]\) ，其中 \(C_{out}\) 为输出通道数，该值也等于卷积核的个数。

  • \(k\) 对应输入通道数，其范围为 \([0, C_{in}-1]\) ，其中 \(C_{in}\) 为输入通道数，该值也等于卷积核的通道数。

因此，上面的公式中， \({bias}(C_{\text{out}_j})\) 为第 \(j\) 个输出通道的偏置， \({weight}(C_{\text{out}_j}, k)\) 表示第 \(j\) 个 卷积核在第 \(k\) 个输入通道的卷积核切片， \({X}(N_i, k)\) 为特征图第 \(i\) 个batch第 \(k\) 个输入通道的切片。

卷积核shape为 \((\text{kernel_size[0]}, \text{kernel_size[1]}, \text{kernel_size[2]})\) ，其中 \(\text{kernel_size[0]}\) 、 \(\text{kernel_size[1]}\) 和 \(\text{kernel_size[2]}\) 分别是卷积核的深度、高度和宽度。若考虑到输入输出通道以及 group ，则完整卷积核的shape为 \((C_{out}, C_{in} / \text{group}, \text{kernel_size[0]}, \text{kernel_size[1]}, \text{kernel_size[2]})\) ， 其中 group 是分组卷积时在通道上分割输入 x 的组数。

想更深入了解卷积层，请参考论文 Gradient Based Learning Applied to Document Recognition 。

说明

  1. 在Ascend平台上，目前只支持 \(groups=1\) 。

  2. 在Ascend平台上，目前只支持 \(dilation=1\) 。

参数：

  • out_channel (int) - 指定输出通道数：\(C_{out}\) 。

  • kernel_size (Union[int, tuple[int]]) - 指定三维卷积核的高度和宽度。可以为单个int或一个包含3个int组成的元组。单个整数表示该值同时适用于内核的深度、高度和宽度。包含3个整数的元组表示第一个值用于深度，另两个值用于高度和宽度。

  • mode (int，可选) - 指定不同的卷积模式。此值目前未被使用。默认值： 1 。

  • stride (Union[int, tuple[int]]，可选) - 卷积核移动的步长，可以为单个int或三个int组成的tuple。一个int表示在深度、高度和宽度方向的移动步长均为该值。三个int组成的tuple分别表示在深度、高度和宽度方向的移动步长。默认值： 1 。

  • pad_mode (str，可选) - 指定填充模式，填充值为0。可选值为 "same" ， "valid" 或 "pad" 。默认值： "valid" 。

    • "same"：在输入的深度、高度和宽度维度进行填充，使得当 stride 为 1 时，输入和输出的shape一致。待填充的量由算子内部计算，若为偶数，则均匀地填充在四周，若为奇数，多余的填充量将补充在前方/底部/右侧。如果设置了此模式， pad 必须为0。

    • "valid"：不对输入进行填充，返回输出可能的最大深度、高度和宽度，不能构成一个完整stride的额外的像素将被丢弃。如果设置了此模式， pad 必须为0。

    • "pad"：对输入填充指定的量。在这种模式下，在输入的深度、高度和宽度方向上填充的量由 pad 参数指定。如果设置此模式， pad 必须大于或等于0。

  • pad (Union(int, tuple[int])，可选) - 指当 pad_mode 为 "pad" 时，指定在输入 x 的深度、高度和宽度方向上填充的数量。可以为单个int或包含六个int组成的tuple。如果 pad 是单个int，那么前、后、上、下、左、右的填充量都等于 pad 。如果 pad 是一个由六个int组成的tuple，那么前、后、上、下、左、右的填充分别等于 pad[0] 、 pad[1] 、 pad[2] 、 pad[3] 、 pad[4] 和 pad[5] 。int值应该要大于或等于0，默认值： 0 。

  • dilation (Union[int, tuple[int]]，可选) - 卷积核膨胀尺寸。可以为单个int，或者由三个int组成的tuple。单个int表示在深度、高度和宽度方向的膨胀尺寸均为该值。三个int组成的tuple分别表示在深度、高度和宽度方向的膨胀尺寸。 假设 \(dilation=(d0, d1, d2)\), 则卷积核在深度方向间隔 \(d0-1\) 个元素进行采样，在高度方向间隔 \(d1-1\) 个元素进行采样，在高度方向间隔 \(d2-1\) 个元素进行采样。深度、高度和宽度上取值范围分别为[1, D]、[1, H]和[1, W]。默认值： 1 。

  • group (int，可选) - 将过滤器拆分的组数， in_channels 和 out_channels 必须可被 group 整除。默认值： 1 。

  • data_format (str，可选) - 支持的数据模式。目前仅支持 "NCDHW" 。

输入：

  • x (Tensor) - shape为 \((N, C_{in}, D_{in}, H_{in}, W_{in})\) 的Tensor。目前数据类型仅支持float16和float32。

  • weight (Tensor) - 若kernel shape为 \((k_d, K_h, K_w)\) ，则weight shape应为 \((C_{out}, C_{in}/groups, k_d, K_h, K_w)\) 。目前数据类型仅支持float16和float32。

  • bias (Tensor) - shape为 \(C_{out}\) 的Tensor。如果 bias 为 None ，将不会添加偏置。默认值： None 。

输出：

Tensor，卷积后的值。shape为 \((N, C_{out}, D_{out}, H_{out}, W_{out})\) 。

pad_mode 为 "same" 时：

\[\begin{split}\begin{array}{ll} \\ D_{out} = \left \lceil{\frac{D_{in}}{\text{stride[0]}}} \right \rceil \\ H_{out} = \left \lceil{\frac{H_{in}}{\text{stride[1]}}} \right \rceil \\ W_{out} = \left \lceil{\frac{W_{in}}{\text{stride[2]}}} \right \rceil \\ \end{array}\end{split}\]

pad_mode 为 "valid" 时：

\[\begin{split}\begin{array}{ll} \\ D_{out} = \left \lfloor{\frac{D_{in} - \text{dilation[0]} \times (\text{kernel_size[0]} - 1) } {\text{stride[0]}} + 1} \right \rfloor \\ H_{out} = \left \lfloor{\frac{H_{in} - \text{dilation[1]} \times (\text{kernel_size[1]} - 1) } {\text{stride[1]}} + 1} \right \rfloor \\ W_{out} = \left \lfloor{\frac{W_{in} - \text{dilation[2]} \times (\text{kernel_size[2]} - 1) } {\text{stride[2]}} + 1} \right \rfloor \\ \end{array}\end{split}\]

pad_mode 为 "pad" 时：

\[\begin{split}\begin{array}{ll} \\ D_{out} = \left \lfloor{\frac{D_{in} + pad[0] + pad[1] - (\text{dilation[0]} - 1) \times \text{kernel_size[0]} - 1 }{\text{stride[0]}} + 1} \right \rfloor \\ H_{out} = \left \lfloor{\frac{H_{in} + pad[2] + pad[3] - (\text{dilation[1]} - 1) \times \text{kernel_size[1]} - 1 }{\text{stride[1]}} + 1} \right \rfloor \\ W_{out} = \left \lfloor{\frac{W_{in} + pad[4] + pad[5] - (\text{dilation[2]} - 1) \times \text{kernel_size[2]} - 1 }{\text{stride[2]}} + 1} \right \rfloor \\ \end{array}\end{split}\]
异常：

  • TypeError - out_channel 或 group 不是int。

  • TypeError - kernel_size 、 stride 、 pad 或 dilation 既不是int也不是Tuple。

  • ValueError - out_channel 、 kernel_size 、 stride 或 dilation 小于1。

  • ValueError - pad 小于0。

  • ValueError - pad_mode 取值非"same"、"valid"或"pad"。

  • ValueError - pad 为长度不等于6的Tuple。

  • ValueError - pad_mode 未设定为"pad"且 pad 不等于(0, 0, 0, 0, 0, 0)。

  • ValueError - data_format 取值非"NCDHW"。

支持平台：

Ascend GPU CPU

样例：

>>> import mindspore
>>> import numpy as np
>>> from mindspore import Tensor, ops
>>> # case 1: specify kernel_size with tuple, all parameters use default values.
>>> x = Tensor(np.ones([16, 3, 10, 32, 32]), mindspore.float16)
>>> weight = Tensor(np.ones([32, 3, 4, 3, 3]), mindspore.float16)
>>> conv3d = ops.Conv3D(out_channel=32, kernel_size=(4, 3, 3))
>>> output = conv3d(x, weight)
>>> print(output.shape)
(16, 32, 7, 30, 30)
>>> # case 2: specify kernel_size with int, all parameters use default values.
>>> x = Tensor(np.ones([10, 20, 32, 32, 32]), mindspore.float32)
>>> weight = Tensor(np.ones([40, 20, 3, 3, 3]), mindspore.float32)
>>> conv3d = ops.Conv3D(out_channel=40, kernel_size=3)
>>> output = conv3d(x, weight)
>>> print(output.shape)
(10, 40, 30, 30, 30)
 >>> # case 3: stride=(1, 2, 3), other parameters being default.
>>> x = Tensor(np.ones([10, 20, 32, 32, 32]), mindspore.float32)
>>> weight = Tensor(np.ones([40, 20, 3, 3, 3]), mindspore.float32)
>>> conv3d = ops.Conv3D(out_channel=40, kernel_size=3, stride=(1, 2, 3))
>>> output = conv3d(x, weight)
>>> print(output.shape)
(10, 40, 30, 15, 10)
 >>> # case 4: pad_mode="pad", other parameters being default.
>>> x = Tensor(np.ones([10, 20, 32, 32, 32]), mindspore.float32)
>>> weight = Tensor(np.ones([40, 20, 3, 3, 3]), mindspore.float32)
>>> conv3d = ops.Conv3D(out_channel=40, kernel_size=3, pad_mode="pad", pad=2)
>>> output = conv3d(x, weight)
>>> print(output.shape)
(10, 40, 34, 34, 34)
 >>> # case 5: dilation=(1, 1, 1), other parameters being default.
>>> x = Tensor(np.ones([10, 20, 32, 32, 32]), mindspore.float32)
>>> weight = Tensor(np.ones([40, 20, 3, 3, 3]), mindspore.float32)
>>> conv3d = ops.Conv3D(out_channel=40, kernel_size=3, dilation=(1, 1, 1))
>>> output = conv3d(x, weight)
>>> print(output.shape)
(10, 40, 30, 30, 30)
>>> # case 6: group=1, other parameters being default.
>>> x = Tensor(np.ones([10, 20, 32, 32, 32]), mindspore.float32)
>>> weight = Tensor(np.ones([40, 20, 3, 3, 3]), mindspore.float32)
>>> conv3d = ops.Conv3D(out_channel=40, kernel_size=3, group=1)
>>> output = conv3d(x, weight)
>>> print(output.shape)
(10, 40, 30, 30, 30)
>>> # case 7: All parameters are specified.
>>> x = Tensor(np.ones([10, 20, 32, 32, 32]), mindspore.float32)
>>> weight = Tensor(np.ones([40, 20, 3, 3, 3]), mindspore.float32)
>>> conv3d = ops.Conv3D(out_channel=40, kernel_size=3, stride=(1, 2, 3), pad_mode="pad",
...                     pad=2, dilation=(1), group=1)
>>> output = conv3d(x, weight)
>>> print(output.shape)
(10, 40, 34, 17, 12)