mindspore.nn.Conv3d

class mindspore.nn.Conv3d(in_channels, out_channels, kernel_size, stride=1, pad_mode='same', padding=0, dilation=1, group=1, has_bias=False, weight_init=None, bias_init=None, data_format='NCDHW', dtype=mstype.float32)

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

在Ascend平台上，目前只支持深度卷积场景下的分组卷积运算。也就是说，当 group>1 的场景下，必须要满足 in_channels = out_channels = group 的约束条件。

参数：

• in_channels (int) - Conv3d层输入Tensor的空间维度。

• out_channels (int) - Conv3d层输出Tensor的空间维度。

• 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。

• stride (Union[int, tuple[int]]，可选) - 三维卷积核的移动步长。数据类型为整型或三个整型的tuple。一个整数表示在深度、高度和宽度方向的移动步长均为该值。三个整数的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： "same" 。

  • "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， padding 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， padding 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 padding 参数指定。如果设置此模式， padding 必须大于或等于0。

• padding (Union(int, tuple[int])，可选) - 输入的深度、高度和宽度方向上填充的数量。数据类型为int或包含6个整数的tuple。如果 padding 是一个整数，则前部、后部、顶部，底部，左边和右边的填充都等于 padding 。如果 padding 是6个整数的tuple，则前部、尾部、顶部、底部、左边和右边的填充分别等于填充padding[0]、padding[1]、padding[2]、padding[3]、padding[4]和padding[5]。值应该要大于等于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) - 将过滤器拆分为组， in_channels 和 out_channels 必须可被 group 整除。默认值： 1 。

• has_bias (bool，可选) - Conv3d层是否添加偏置参数。默认值： False 。

• weight_init (Union[Tensor, str, Initializer, numbers.Number]，可选) - 权重参数的初始化方法。它可以是Tensor，str，Initializer或numbers.Number。当使用str时，可选 "TruncatedNormal" ， "Normal" ， "Uniform" ， "HeUniform" 和 "XavierUniform" 分布以及常量 "One" 和 "Zero" 分布的值，可接受别名 "xavier_uniform" ， "he_uniform" ， "ones" 和 "zeros" 。上述字符串大小写均可。更多细节请参考 Initializer, 的值。默认值： None ，权重使用 "HeUniform" 初始化。

• bias_init (Union[Tensor, str, Initializer, numbers.Number]，可选) - 偏置参数的初始化方法。可以使用的初始化方法与 weight_init 相同。更多细节请参考 Initializer, 的值。默认值： None ，偏差使用 "Uniform" 初始化。

• data_format (str，可选) - 数据格式的可选值。目前仅支持 'NCDHW' 。

• dtype (mindspore.dtype) - Parameters的dtype。默认值： mstype.float32 。

输入：

• x (Tensor) - shape为 \((N, C_{in}, D_{in}, H_{in}, W_{in})\) 的Tensor。目前，CPU和GPU平台上输入数据类型支持float16和float32，Ascend平台上输入数据类型只支持float16。

输出：

Tensor，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：

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

异常：

• TypeError - in_channels 、 out_channels 或 group 不是int。

• TypeError - kernel_size 、 stride 、 padding 或 dilation 既不是int也不是tuple。

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

• ValueError - padding 小于0。

• ValueError - pad_mode 不是 "same" ， "valid" 或 "pad" 。

• ValueError - padding 是长度不等于6的tuple。

• ValueError - pad_mode 不等于"pad"且 padding 不等于(0, 0, 0, 0, 0, 0)。

• ValueError - data_format 不是"NCDHW"。

支持平台：

Ascend GPU CPU

样例：

>>> import mindspore
>>> from mindspore import Tensor, nn
>>> import numpy as np
>>> x = Tensor(np.ones([16, 3, 10, 32, 32]), mindspore.float32)
>>> conv3d = nn.Conv3d(in_channels=3, out_channels=32, kernel_size=(4, 3, 3))
>>> output = conv3d(x)
>>> print(output.shape)
(16, 32, 10, 32, 32)