pytorch torch.nn 实现上采样——nn.Upsample

Vision layers

1）Upsample

CLASS torch.nn.Upsample(size=None, scale_factor=None, mode='nearest', align_corners=None)

上采样一个给定的多通道的 1D (temporal,如向量数据), 2D (spatial，如jpg、png等图像数据) or 3D (volumetric，如点云数据)数据
假设输入数据的格式为minibatch x channels x [optional depth] x [optional height] x width。因此对于一个空间spatial输入，我们期待着4D张量的输入，即minibatch x channels x height x width。而对于体积volumetric输入，我们则期待着5D张量的输入，即minibatch x channels x depth x height x width

对于上采样有效的算法分别有对 3D, 4D和 5D 张量输入起作用的 最近邻、线性,、双线性, 双三次(bicubic)和三线性(trilinear)插值算法

你可以给定scale_factor来指定输出为输入的scale_factor倍或直接使用参数size指定目标输出的大小（但是不能同时制定两个）

参数：

• size (int or Tuple[int] or Tuple[int, int] or Tuple[int, int, int], optional) – 根据不同的输入类型制定的输出大小

• scale_factor (float or Tuple[float] or Tuple[float, float] or Tuple[float, float, float], optional) – 指定输出为输入的多少倍数。如果输入为tuple，其也要制定为tuple类型
  

• mode (str, optional) – 可使用的上采样算法，有'nearest', 'linear', 'bilinear', 'bicubic' and 'trilinear'. 默认使用'nearest'

• align_corners (bool, optional) – 如果为True，输入的角像素将与输出张量对齐，因此将保存下来这些像素的值。仅当使用的算法为'linear', 'bilinear'or 'trilinear'时可以使用。默认设置为False

输入输出形状：

注意：

当align_corners = True时，线性插值模式(线性、双线性、双三线性和三线性)不按比例对齐输出和输入像素，因此输出值可以依赖于输入的大小。这是0.3.1版本之前这些模式的默认行为。从那时起，默认行为是align_corners = False,如下图：

上面的图是source pixel为4*4上采样为target pixel为8*8的两种情况，这就是对齐和不对齐的差别，会对齐左上角元素，即设置为align_corners = True时输入的左上角元素是一定等于输出的左上角元素。但是有时align_corners = False时左上角元素也会相等，官网上给的例子就不太能说明两者的不同(也没有试出不同的例子，大家理解这个概念就行了)

如果您想下采样/常规调整大小，您应该使用interpolate()方法，这里的上采样方法已经不推荐使用了。

举例：

import torch
from torch import nn
input = torch.arange(1, 5, dtype=torch.float32).view(1, 1, 2, 2)
input

返回：

tensor([[[[1., 2.],
          [3., 4.]]]])

m = nn.Upsample(scale_factor=2, mode='nearest')
m(input)

返回：

tensor([[[[1., 1., 2., 2.],
          [1., 1., 2., 2.],
          [3., 3., 4., 4.],
          [3., 3., 4., 4.]]]])

m = nn.Upsample(scale_factor=2, mode='bilinear',align_corners=False)
m(input)

返回：

tensor([[[[1.0000, 1.2500, 1.7500, 2.0000],
          [1.5000, 1.7500, 2.2500, 2.5000],
          [2.5000, 2.7500, 3.2500, 3.5000],
          [3.0000, 3.2500, 3.7500, 4.0000]]]])

m = nn.Upsample(scale_factor=2, mode='bilinear',align_corners=True)
m(input)

返回：

tensor([[[[1.0000, 1.3333, 1.6667, 2.0000],
          [1.6667, 2.0000, 2.3333, 2.6667],
          [2.3333, 2.6667, 3.0000, 3.3333],
          [3.0000, 3.3333, 3.6667, 4.0000]]]])

m = nn.Upsample(size=(3,5), mode='bilinear',align_corners=True)
m(input)

返回：

tensor([[[[1.0000, 1.2500, 1.5000, 1.7500, 2.0000],
          [2.0000, 2.2500, 2.5000, 2.7500, 3.0000],
          [3.0000, 3.2500, 3.5000, 3.7500, 4.0000]]]])

如果你使用的数据都是JPG等图像数据，那么你就能够直接使用下面的用于2D数据的方法：

2）UpsamplingNearest2d

CLASS torch.nn.UpsamplingNearest2d(size=None, scale_factor=None)

专门用于2D数据的线性插值算法，参数等跟上面的差不多，省略

形状：

举例：

m = nn.UpsamplingNearest2d(scale_factor=2)
m(input)

input即上面例子的input，返回：

tensor([[[[1., 1., 2., 2.],
          [1., 1., 2., 2.],
          [3., 3., 4., 4.],
          [3., 3., 4., 4.]]]])

m = nn.UpsamplingNearest2d(size=(3,5))
m(input)

返回：

tensor([[[[1., 1., 1., 2., 2.],
          [1., 1., 1., 2., 2.],
          [3., 3., 3., 4., 4.]]]])

3）UpsamplingBilinear2d

CLASS torch.nn.UpsamplingBilinear2d(size=None, scale_factor=None)

专门用于2D数据的双线性插值算法，参数等跟上面的差不多，省略

形状：

注意：最好还是使用nn.functional.interpolate(..., mode='bilinear', align_corners=True)

举例：

m = nn.UpsamplingBilinear2d(scale_factor=2)
m(input)

返回：

tensor([[[[1.0000, 1.3333, 1.6667, 2.0000],
          [1.6667, 2.0000, 2.3333, 2.6667],
          [2.3333, 2.6667, 3.0000, 3.3333],
          [3.0000, 3.3333, 3.6667, 4.0000]]]])

m = nn.UpsamplingBilinear2d(size=(3,5))
m(input)

返回：

tensor([[[[1.0000, 1.2500, 1.5000, 1.7500, 2.0000],
          [2.0000, 2.2500, 2.5000, 2.7500, 3.0000],
          [3.0000, 3.2500, 3.5000, 3.7500, 4.0000]]]])

更复杂的例子可见：pytorch 不使用转置卷积来实现上采样