TVTensors 常见问题解答

注意

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TVTensors 是与 torchvision.transforms.v2 一起引入的 Tensor 子类。此示例展示了这些 TVTensors 是什么以及它们的行为方式。

警告

目标受众 除非您正在编写自己的转换或自己的 TVTensors，否则您可能不需要阅读本指南。这是一个相当底层的主题，大多数用户不必担心：您不必了解 TVTensors 的内部机制，就可以有效地依赖 torchvision.transforms.v2。但是，对于尝试实现自己的数据集、转换或直接使用 TVTensors 的高级用户来说，它可能会有所帮助。

import PIL.Image

import torch
from torchvision import tv_tensors

什么是 TVTensors？

TVTensors 是零拷贝张量子类

tensor = torch.rand(3, 256, 256)
image = tv_tensors.Image(tensor)

assert isinstance(image, torch.Tensor)
assert image.data_ptr() == tensor.data_ptr()

在幕后，它们在 torchvision.transforms.v2 中是必需的，以正确地为输入数据分派到相应的函数。

torchvision.tv_tensors 支持四种类型的 TVTensors

• 图像

• 视频

• 边界框

• 掩码

我可以使用 TVTensor 做什么？

TVTensors 看起来和感觉起来就像普通的张量——它们就是张量。在普通 torch.Tensor 上支持的任何操作，例如 .sum() 或任何 torch.* 操作符，也适用于 TVTensors。有关一些陷阱，请参见 我有一个 TVTensor，但现在我有一个 Tensor。帮忙!

如何构建一个 TVTensor？

使用构造函数

每个 TVTensor 类都接受任何可以转换为 Tensor 的类似张量数据

image = tv_tensors.Image([[[[0, 1], [1, 0]]]])
print(image)

Image([[[[0, 1],
         [1, 0]]]], )

与其他 PyTorch 创建操作类似，构造函数还接受 dtype、device 和 requires_grad 参数。

float_image = tv_tensors.Image([[[0, 1], [1, 0]]], dtype=torch.float32, requires_grad=True)
print(float_image)

Image([[[0., 1.],
        [1., 0.]]], grad_fn=<AliasBackward0>, )

此外，Image 和 Mask 还可以直接接受 PIL.Image.Image

image = tv_tensors.Image(PIL.Image.open("../assets/astronaut.jpg"))
print(image.shape, image.dtype)

torch.Size([3, 512, 512]) torch.uint8

某些 TVTensors 需要传递额外的元数据才能进行构建。例如，BoundingBoxes 除了实际值之外，还需要坐标格式以及相应图像的大小 (canvas_size)。这些元数据是正确变换边界框所必需的。

bboxes = tv_tensors.BoundingBoxes(
    [[17, 16, 344, 495], [0, 10, 0, 10]],
    format=tv_tensors.BoundingBoxFormat.XYXY,
    canvas_size=image.shape[-2:]
)
print(bboxes)

BoundingBoxes([[ 17,  16, 344, 495],
               [  0,  10,   0,  10]], format=BoundingBoxFormat.XYXY, canvas_size=torch.Size([512, 512]))

使用 tv_tensors.wrap()

您还可以使用 wrap() 函数将张量对象包装到 TVTensor 中。当您已经拥有所需类型的对象时，这很有用，这通常发生在编写转换时：您只想像输入一样包装输出。

new_bboxes = torch.tensor([0, 20, 30, 40])
new_bboxes = tv_tensors.wrap(new_bboxes, like=bboxes)
assert isinstance(new_bboxes, tv_tensors.BoundingBoxes)
assert new_bboxes.canvas_size == bboxes.canvas_size

new_bboxes 的元数据与 bboxes 相同，但您可以将其作为参数传递以覆盖它。

我有一个 TVTensor，但现在我有一个 Tensor。帮忙!

默认情况下，对 TVTensor 对象的操作将返回一个纯张量

assert isinstance(bboxes, tv_tensors.BoundingBoxes)

# Shift bboxes by 3 pixels in both H and W
new_bboxes = bboxes + 3

assert isinstance(new_bboxes, torch.Tensor)
assert not isinstance(new_bboxes, tv_tensors.BoundingBoxes)

注意

此行为仅影响本机 torch 操作。如果您使用内置的 torchvision 转换或泛函，您将始终获得与您作为输入传递的相同类型（纯 Tensor 或 TVTensor）作为输出。

但我想要一个 TVTensor 回来!

您可以通过简单地调用 TVTensor 构造函数或使用 wrap() 函数（有关更多详细信息，请参见上面的 如何构建一个 TVTensor？）将纯张量重新包装到 TVTensor 中。

new_bboxes = bboxes + 3
new_bboxes = tv_tensors.wrap(new_bboxes, like=bboxes)
assert isinstance(new_bboxes, tv_tensors.BoundingBoxes)

或者，您可以使用 set_return_type() 作为整个程序的全局配置设置，或作为上下文管理器（阅读其文档以了解有关注意事项的更多信息）。

with tv_tensors.set_return_type("TVTensor"):
    new_bboxes = bboxes + 3
assert isinstance(new_bboxes, tv_tensors.BoundingBoxes)

为什么会这样？

出于性能原因。 TVTensor 类是 Tensor 子类，因此涉及 TVTensor 对象的任何操作都将通过 __torch_function__ 协议。这会产生一个小开销，我们希望尽可能避免。对于内置的 torchvision 转换来说，这并不重要，因为我们可以在那里避免开销，但它可能是您模型的 forward 中的一个问题。

无论如何，替代方案也并不理想。对于每个保留TVTensor类型有意义的操作，都有许多返回纯Tensor更可取的操作：例如，img.sum() 仍然是 Image 吗？如果我们一直保留TVTensor类型，即使模型的 logits 或损失函数的输出最终也会是 Image 类型，这肯定是不希望看到的。

注意

我们正在积极寻求对此行为的反馈。如果您发现这令人惊讶，或者您对如何更好地支持您的用例有任何建议，请通过以下问题与我们联系：https://github.com/pytorch/vision/issues/7319

异常

这条“解包”规则有一些例外：clone()、to()、torch.Tensor.detach() 和 requires_grad_() 会保留 TVTensor 类型。

对 TVTensor 的就地操作，例如 obj.add_() 会保留 obj 的类型。但是，就地操作的返回值将是一个纯张量。

image = tv_tensors.Image([[[0, 1], [1, 0]]])

new_image = image.add_(1).mul_(2)

# image got transformed in-place and is still a TVTensor Image, but new_image
# is a Tensor. They share the same underlying data and they're equal, just
# different classes.
assert isinstance(image, tv_tensors.Image)
print(image)

assert isinstance(new_image, torch.Tensor) and not isinstance(new_image, tv_tensors.Image)
assert (new_image == image).all()
assert new_image.data_ptr() == image.data_ptr()

Image([[[2, 4],
        [4, 2]]], )