Ein Convolutional Neural Network, auf Deutsch faltendes neuronales Netz, ist ein Netz für Bilder. Statt jedes Bildpunkt einzeln mit jedem zu verrechnen, schiebt es kleine Filter über das Bild und erkennt damit Muster unabhängig von ihrer Position.
- Convolutional Neural Network (CNN)
Ein neuronales Netz, das Bilder über verschiebbare Filter auswertet.
Beispiel: „Das Convolutional Neural Network erkennt die Kante unabhängig davon, ob sie links oder rechts im Bild liegt.“Wie es arbeitet: Die ersten Schichten finden einfache Muster wie Kanten und Farbverläufe, die mittleren setzen daraus Formen zusammen, die späteren ganze Gegenstände. Diese Staffelung entsteht im Training von selbst.
Der entscheidende Kniff ist das Teilen der Gewichte: Derselbe Filter wird über das ganze Bild benutzt. Dadurch braucht das Netz weit weniger Parameter als eines, das jeden Bildpunkt einzeln behandelt.
Woher es kommt
Aus der Zeichenerkennung. Bekannt wurde die Bauart durch die Arbeit von Yann LeCun und Kollegen von 1998 zur Erkennung handgeschriebener Ziffern; den Durchbruch in der breiten Bilderkennung brachte 2012 ein Netz dieser Bauart, das einen großen Wettbewerb deutlich gewann. Damit begann die Zeit des tiefen Lernens.
Wo es heute steht
Bei Bildaufgaben in Konkurrenz zu Netzen der Transformer-Bauart, die aus der Sprachverarbeitung übernommen wurden. Für sehr große Datenmengen liegen letztere vorn; für begrenzte Daten, für den Betrieb auf kleinen Geräten und für Aufgaben mit festem Bildausschnitt bleiben faltende Netze die sparsamere Wahl.
Wo einem die Bauart begegnet
In allem, was Bilder auswertet, ohne ein großes Modell zu bemühen: Qualitätsprüfung in der Fertigung, Erkennung von Schildern, medizinische Aufnahmen, Sortierung von Bildarchiven. Auch in Bildwerkzeugen stecken Teile davon, etwa beim Hochrechnen der Auflösung. Für den Einsatz heißt das: Wer eine Bildaufgabe mit klarer Fragestellung und eigenen Beispielen hat, braucht kein großes Modell, sondern ein kleines Netz dieser Bauart und einige tausend beschriftete Bilder. Der Betrieb läuft dann auf gewöhnlicher Hardware und ohne laufende Kosten je Anfrage.