【图像处理】U-Net中的重叠-切⽚（Overlap-tile）
Date: 2020/10/19
Coder: CW
Foreword:
Overlap-tile 这种策略，因此当时不太理解为何⽹络结构要设计成⾮对称形式，即上采样得到
上采样得到U-Net 的时候并不知道原作使⽤了 Overlap-tile
最开始接触 U-Net
不适合对原图进⾏缩
数据量较少 或者 不适合对原图进⾏缩
的特征图尺⼨与对应层在下采样时的尺⼨不⼀致。
的特征图尺⼨与对应层在下采样时的尺⼨不⼀致。另外发现，这种策略可⽤于许多场景，特别是当 数据量较少
放（缩放通常使⽤插值算法，主流的插值算法如双线性插值具有低通滤波的性质，会使得图像的⾼频分量受损，从⽽造成图像轮廓和边缘等细节
损失，可能对模型学习有⼀定影响）时尤其适⽤，同时它还能起到为⽬标区域提供上下⽂信息
为⽬标区域提供上下⽂信息的作⽤。
随机切⽚、镜像填充后按序切⽚
镜像填充后按序切⽚本⽂先对这种策略的原理以及在U-Net中的使⽤进⾏说明，然后结合源码对该策略的实现进⾏解析，内容包括 随机切⽚
将切⽚重构成图像。
波涛骇浪以及 将切⽚重构成图像。
天秤座与双鱼座Overlap-tile在U-Net中的使⽤
先来对Overlap-tile策略的原理及其在U-Net中的使⽤做个介绍，让⼤家对其有个初步印象和基本理解。
哥伦比亚内战
五人斗地主规则某⼀层特征图下采样后再上采样回来到对应层时，其尺⼨熟悉U-Net结构的炼丹者们肯定清楚，它并不是⼀个完全对称的结构
并不是⼀个完全对称的结构。也就是说，某⼀层特征图下采样后再上采样回来到对应层时，其尺⼨
会发⽣变化，⽐原来的⼩，原因在于U-Net使⽤的是不带padding的3x3卷积（valid卷积），每次经过这样的⼀个卷积就会使得特征图尺⼨减⼩会发⽣变化，⽐原来的⼩
2x2。
U-Net
显然，如果直接输⼊原图，那么最后输出的尺⼨会⽐原图⼩。如果我们希望得到和输⼊⼀致的尺⼨，会怎么做？
最直接的是对输出结果再进⾏⼀次上采样，可以使⽤插值或者转置卷积的⽅法，若使⽤插值，由于其是不可学习的，会带来⼀定的误差；⽽使⽤转
置卷积的话，⼜会增加参数量，并且模型也不⼀定能学习得好。
另外⼀种⽅法就是将U-Net中的valid卷积改为same卷积，即使⽤padding，这样每次3x3卷积就不会改变特征图的尺⼨了，最终上采样回来的尺
⼨就能够和输⼊⼀致了。但是，padding是会引⼊误差的，⽽且模型越深层得到的feature map抽象程度越⾼，受到padding的影响会呈累积效
应。
上述⽅法都体现出明显的不⾜之处，那么有没有更好的⽅法呢？我们来看看U-Net中的Overlap-tile是怎么做的。
镜像padding，这样，做法其实很简单，就是在输⼊⽹络前对图像进⾏padding，使得最终的输出尺⼨与原图⼀致。特别的是，这个padding是镜像padding 预测边界区域的时候就提供了上下⽂信息。
在预测边界区域的时候就提供了上下⽂信息
中国四大美男Overlap-tile
上图左边是对原图进⾏镜像padding后的效果，黄框是原图的左上⾓部分，padding后其四周也获得了上下⽂信息，与图像内部的其它区域有类似效果。
Overlap-tile策略可搭配 patch（图像分块）
patch（图像分块）⼀起使⽤。当内存资源有限从⽽⽆法对整张⼤图进⾏预测时，可以对图像先进⾏镜像padding，然
东伦敦能够实现对任意⼤的图像进⾏⽆缝分割，同时每个图像块也获得了相应的上下后按序将padding后的图像分割成固定⼤⼩的patch。这样，能够实现对任意⼤的图像进⾏⽆缝分割，同时每个图像块也获得了相应的上下
不需⽂信息。
在数据量较少的情况下，每张图像都被分割成多个patch，相当于起到了扩充数据量的作⽤。更重要的是，这种策略不需⽂信息。另外，在数据量较少的情况下，每张图像都被分割成多个patch，相当于起到了扩充数据量的作⽤。
要对原图进⾏缩放，每个位置的像素值与原图保持⼀致，不会因为缩放⽽带来误差。
随机切⽚
随机切⽚是在图像内部随机选取patch中⼼，然后将图像切成固定数量的patch。
以下⽰例是对单张图像及对应的掩膜(mask)做随机切⽚。
随机切⽚(i)
patch中⼼位置根据其尺⼨在图像内部随机选取，确定中⼼位置后，再根据各边长就可以确定patch的左上和右下两个顶点坐标。
随机切⽚(ii)
最后从原图中取出对应位置的区域即可。
随机切⽚(iii)特色小吃
随机切⽚效果(左：切⽚得到的图像块；右：原图对应区域)
镜像填充
对原图进⾏镜像填充，能够使模型对边界区域进⾏预测时获得上下⽂信息。下图蓝框部分是原图的左上⾓部分，镜像填充后，得到红框部分。
镜像填充效果
镜像填充后会进⾏按序切⽚，在切⽚时，各patch之间可以设定⼀个固定的间隔，这样能够避免过份重叠。⾄于各边需要填充多少长度，可以基于以下两种⽅式来决定：
i). 填充后，各边都能恰好切出整数个patch（最后不会剩余⼀点长度不⾜⼀个patch）；
ii). 提前计算输⼊输出之间的尺⼨差，使得padding后输出与输⼊尺⼨保持⼀致。
下⾯就第i)种⽅式进⾏源码解析。若有多张不同尺⼨的图⽚，那么就⼀张张独⽴处理；否则，可以组成⼀个批次进⾏处理。
镜像填充(i)
先在竖直⽅向上进⾏填充，填充后，将原图置于中间，顶部和底部使⽤原图的镜像进⾏填充。
镜像填充(ii)
然后在⽔平⽅向上进⾏填充，同样地，将填充前的图像置于中间，左右两边剩余部分使⽤填充前图像的镜像进⾏填充。
镜像填充(iii)
按序切⽚
按序切⽚就是从图像的左上⽅开始，按照⼀定间隔依次将图像切成⼀个个⼩的图像块，直⾄图像的右下⽅。班级学风
按序切⽚(i)
各切⽚可能存在重叠部分。
注意，各切⽚之间的间隔是可以⼩于切⽚边长的，这就代表各切⽚可能存在重叠部分
