彻底搞懂感受野的含义与计算

什么是感受野

The receptive field is defined as the region in the input space that a particular CNN’s feature is looking at (i.e. be affected by). —— A guide to receptive field arithmetic for Convolutional Neural Networks

感受野（Receptive Field），指的是神经网络中神经元“看到的”输入区域，在卷积神经网络中，feature map上某个元素的计算受输入图像上某个区域的影响，这个区域即该元素的感受野。

https://www.researchgate.net/publication/316950618_Maritime_Semantic_Labeling_of_Optical_Remote_Sens

所以，感受野是个相对概念，某层feature map上的元素看到前面不同层上的区域范围是不同的，通常在不特殊指定的情况下，感受野指的是看到输入图像上的区域。

为了具体计算感受野，这里借鉴视觉系统中的概念，

准确计算感受野，需要回答两个子问，即视野中心在哪和视野范围多大。

• 只有看到”合适范围的信息”才可能做出正确的判断，否则就可能“盲人摸象”或者“一览众山小”；
• 目标识别问题中，我们需要知道神经元看到是哪个区域，才能合理推断物体在哪以及判断是什么物体。

但是，网络架构多种多样，每层的参数配置也不尽相同，感受野具体该怎么计算？

约定

在正式计算之前，先对数学符号做如下约定，

https://medium.com/mlreview/a-guide-to-receptive-field-arithmetic-for-convolutional-neural-networks-e0f514068807

https://github.com/vdumoulin/conv_arithmetic/blob/master/gif/padding_strides.gif

感受野大小

感受野大小的计算是个递推公式。

可视化如下图所示，

receptive field size

感受野中心

receptive field center

receptive field center calculation

小结

将感受野的相关计算小结一下，

由上面的递推公式，就可以从前向后逐层计算感受野了，代码可参见computeReceptiveField.py，在线可视化计算可参见Receptive Field Calculator。

以上。

参考

• wiki-Receptive field
• wiki-Receptive Field Calculator
• arXiv-Understanding the Effective Receptive Field in Deep Convolutional Neural Networks
• medium-A guide to receptive field arithmetic for Convolutional Neural Networks
• medium-Topic DL03: Receptive Field in CNN and the Math behind it
• ppt-Convolutional Feature Maps: Elements of Efficient (and Accurate) CNN-based Object Detection
• SIGAI-关于感受野的总结
• Calculating Receptive Field of CNN