深度学习的可解释性|Class Activation Mapping(CAM)

CAM

CAM

特征图经过 GAP 处理后每一个特征图包含了不同类别的信息,其具体效果如上图的 Class Activation Mapping 中的图片所示,其中的权重 w 对应分类时的权重。这样做的缺陷是因为要替换全连接层为 GAP 层,因此模型要重新训练,这样的处理方式对于一些复杂的模型是行不通的,Grad-CAM 很好的解决了这个问题,

绘制热力图:

  • 提取出所有的权重,往回找到对应的特征图,然后进行加权求和即可
  • 通常来说,最后一层卷积层的大小不等于输入大小,所以我们需要把这个类激活映射上采样到原图大小,再叠加在原图上,就可以观察到网络得到这个输出是关注图片的哪个区域.

CAM 的意义就是以热力图的形式告诉我们,模型通过哪些像素点得知图片属于某个类别。

缺点

  • 需要修改网络结构并重新训练模型,导致在实际应用中并不方便!

Grad-CAM


效果图:


  • Grad-CAM 和 CAM 基本思路一样,区别就在于如何获取每个特征图的权重,采用了梯度的全局平均来计算权重.

定义 Grad-CAM 中第k个特征图对应类别c 的权重:
\alpha_{k}^{c} = \frac{1}{Z}\sum_{i}\sum_{j}\frac{y^c}{\alpha A_{ij}^{k}}
其中,

  • Z表示特征图的像素个数
  • {y^c}表示第c类得分的梯度
  • A_{ij}^{k}表示第k个特征图中,(i,j)位置处的像素值

然后再求得所有的特征图对应的类别的权重后进行加权求和,这样便可以得到最后的热力图,求和公式如下:
L_{Grad-CAM}^c=ReLU(\sum\limits_k\alpha_k^cA^k)

代码实现

参考

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