卷积神经网络中的channel 和filter

在深度学习的算法学习中，都会提到 channels 这个概念。在一般的深度学习框架的 conv2d 中，如 tensorflow 、mxnet，channels 都是必填的一个参数。

channels 该如何理解？先看一看不同框架中的解释文档。

首先，是 tensorflow 中给出的，对于输入样本中 channels 的含义。一般的RGB图片，channels 数量是 3 （红、绿、蓝）；而monochrome图片，channels 数量是 1 。

channels : Number of color channels in the example images. For color images, the number of channels is 3 (red, green, blue). For monochrome images, there is just 1 channel (black). ——tensorflow

其次，mxnet 中提到的，一般 channels 的含义是，每个卷积层中卷积核的数量。

channels (int) : The dimensionality of the output space, i.e. the number of output channels (filters) in the convolution. ——mxnet

为了更直观的理解，下面举个例子，图片使用自 吴恩达老师的深度学习课程 。

如下图，假设现有一个为 6×6×36×6×3 的图片样本，使用 3×3×33×3×3 的卷积核（filter）进行卷积操作。此时输入图片的 channels 为 33 ，而卷积核中的 in_channels 与 需要进行卷积操作的数据的 channels 一致（这里就是图片样本，为3）。

接下来，进行卷积操作，卷积核中的27个数字与分别与样本对应相乘后，再进行求和，得到第一个结果。依次进行，最终得到 4×44×4 的结果。

上面步骤完成后，由于只有一个卷积核，所以最终得到的结果为 4×4×14×4×1 ， out_channels 为 11 。

在实际应用中，都会使用多个卷积核。这里如果再加一个卷积核，就会得到 4×4×24×4×2 的结果。

总结一下，我偏好把上面提到的 channels 分为三种：

1. 最初输入的图片样本的 channels ，取决于图片类型，比如RGB；
2. 卷积操作完成后输出的 out_channels ，取决于卷积核的数量。此时的 out_channels 也会作为下一次卷积时的卷积核的 in_channels；
3. 卷积核中的 in_channels ，刚刚2中已经说了，就是上一次卷积的 out_channels ，如果是第一次做卷积，就是1中样本图片的 channels 。

说到这里，相信已经把 channels 讲的很清楚了。在CNN中，想搞清楚每一层的传递关系，主要就是 height,width 的变化情况，和 channels 的变化情况。

最后再看看 tensorflow 中 tf.nn.conv2d 的 input 和 filter 这两个参数。 
input : [batch, in_height, in_width, in_channels] ， 
filter : [filter_height, filter_width, in_channels, out_channels] 。

里面的含义是不是很清楚了？