How do I implement “spatial-transpose conv layers” on a time-series of volumes in PyTorch?

I’m trying to implement this 2020 paper: Latent neural source recovery via transcoding of simultaneous EEG-fMRI.

I’ve got a simplified version working, and am now trying to stick precisely to the paper. But I don’t understand how they compute spatial transpose convolutional layers on (batch_size, 15,18,18,n_time_points) where 15x18x15 is the shape of my volume.

Pytorch’s ConvTranspose3d is happy dealing with a volume, but not a time series of volumes.

Should I just apply this sequentially to each time point?

Here is a diagram of the part of their architecture I am having trouble with:

The only difference I have in my setup is that instead of (63,300) I have (34, 300) (these represent 34 electrodes on the scalp, and 300 time points).

Step 1: “assign to volume”, I’ve implemented that and the code is at the bottom. This brings us from (34,300) to (11,9,5,300), where I assume 1@ just means batch size of 1.

Step 2: “strided transpose conv” to go from (11,9,5,300) to (15,18,15,300). Here I’m not sure how to make this work without applying this at each time point individually

In [20]: x = torch.randn(11,9,5,300)
In [21]: nn.ConvTranspose3d(1, 16, (5,10,11))(x[:,:,:,0].unsqueeze(0)).shape
Out[21]: torch.Size([16, 15, 18, 15])

So at least this takes me from 1x11x9x5 to 16x15x18x15. Does the paper imply to just do this 300 times, once per time point? Also why “strided”?

Step 3: “spatial transpose conv layers”, is this correct:

In [28]: x = torch.randn(16,15,18,15) #pretend output of previous step
In [29]: nn.ConvTranspose3d(16, 16, (1,1,1))(x).shape
Out[29]: torch.Size([16, 15, 18, 15])

Would this be a correct forward loop then:

import torch
import torch.nn as nn

relu = nn.ReLU()

x = torch.randn(34, 300)
x = eeg_to_volume(x)
print("Volume shape: ", x.shape)

new_x = torch.empty((16, 15, 18, 15, x.shape[-1]))
conv1 = nn.ConvTranspose3d(1, 16, (5, 10, 11))

for t in range(x.shape[-1]):
    x_t = x[:,:,:,t]
    new_x_t = relu(conv1(x_t.unsqueeze(0))) #add channel dim
    new_x[:,:,:,:,t] = new_x_t

x = new_x
print("Shape post-expansion: ", x.shape)


new_x = torch.empty((16, 15, 18, 15, x.shape[-1]))
conv2 = nn.ConvTranspose3d(16, 16, (1, 1, 1))

for t in range(x.shape[-1]):
    x_t = x[:,:,:,:,t]
    new_x_t = relu(conv2(x_t.unsqueeze(0))) #add channel dim
    new_x[:,:,:,:,t] = new_x_t

x = new_x
print("Shape post spatial conv 1: ", x.shape)


new_x = torch.empty((16, 15, 18, 15, x.shape[-1]))
conv3 = nn.ConvTranspose3d(16, 16, (1, 1, 1))

for t in range(x.shape[-1]):
    x_t = x[:,:,:,:,t]
    new_x_t = relu(conv3(x_t.unsqueeze(0))) #add channel dim
    new_x[:,:,:,:,t] = new_x_t

x = new_x
print("Shape post spatial conv 2: ", x.shape)


new_x = torch.empty((16, 15, 18, 15, x.shape[-1]))
conv4 = nn.ConvTranspose3d(16, 16, (1, 1, 1))

for t in range(x.shape[-1]):
    x_t = x[:,:,:,:,t]
    new_x_t = relu(conv4(x_t.unsqueeze(0))) #add channel dim
    new_x[:,:,:,:,t] = new_x_t

x = new_x
print("Shape post spatial conv 3: ", x.shape)


new_x = torch.empty((1, 15, 18, 15, x.shape[-1]))
conv5 = nn.ConvTranspose3d(16, 1, (1, 1, 1))

for t in range(x.shape[-1]):
    x_t = x[:,:,:,:,t]
    new_x_t = relu(conv5(x_t.unsqueeze(0))) #add channel dim
    new_x[:,:,:,:,t] = new_x_t

x = new_x
print("Shape post-shrinking: ", x.shape)



"""
Output:
Volume shape:  torch.Size([11, 9, 5, 300])
Shape post-expansion:  torch.Size([16, 15, 18, 15, 300])
Shape post spatial conv 1:  torch.Size([16, 15, 18, 15, 300])
Shape post spatial conv 2:  torch.Size([16, 15, 18, 15, 300])
Shape post spatial conv 3:  torch.Size([16, 15, 18, 15, 300])
Shape post-shrinking:  torch.Size([1, 15, 18, 15, 300])
"""


I’m suspicious about:
(1) doing time points individually, seems inefficient, is this what the paper suggests?
(2) do I need to do conv(x) or relu(conv(x)), relu right?

Appendix:

Function for assigning EEG data to a volume:

import torch
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D

"""
Roughly correct, based on Fig.10, Appendix E.
"""

channel_mapping = {
    1:  {"name": "Fp1", "coords": (2, 9, 2)},
    2:  {"name": "Fp2", "coords": (10, 9, 2)},
    3:  {"name": "AF3", "coords": (4, 8, 3)},
    4:  {"name": "AF4", "coords": (8, 8, 3)},
    5:  {"name": "F7",  "coords": (2, 7, 2)},
    6:  {"name": "F3",  "coords": (4, 7, 4)},
    7:  {"name": "Fz",  "coords": (6, 7, 4)},
    8:  {"name": "F4",  "coords": (8, 7, 4)},
    9:  {"name": "F8",  "coords": (10, 7, 2)},
    10: {"name": "FC5", "coords": (3, 6, 3)},
    11: {"name": "FC1", "coords": (5, 6, 5)},
    12: {"name": "FC2", "coords": (7, 6, 5)},
    13: {"name": "FC6", "coords": (9, 6, 3)},
    14: {"name": "T7",  "coords": (2, 5, 2)},
    15: {"name": "C4",  "coords": (7, 5, 4)},
    16: {"name": "Cz",  "coords": (6, 5, 5)},
    17: {"name": "C3",  "coords": (5, 5, 4)},
    18: {"name": "T8",  "coords": (10, 5, 2)},
    19: {"name": "CP5", "coords": (3, 4, 3)},
    20: {"name": "CP1", "coords": (5, 4, 5)},
    21: {"name": "CP2", "coords": (7, 4, 5)},
    22: {"name": "CP6", "coords": (9, 4, 3)},
    23: {"name": "P7",  "coords": (2, 3, 2)},
    24: {"name": "P3",  "coords": (4, 3, 4)},
    25: {"name": "Pz",  "coords": (6, 3, 4)},
    26: {"name": "P4",  "coords": (8, 3, 4)},
    27: {"name": "P8",  "coords": (10, 3, 2)},
    28: {"name": "P07", "coords": (4, 2, 2)},
    29: {"name": "P03", "coords": (4, 2, 3)},
    30: {"name": "P04", "coords": (8, 2, 3)},
    31: {"name": "P08", "coords": (8, 2, 2)},
    32: {"name": "O1",  "coords": (5, 1, 2)},
    33: {"name": "Oz",  "coords": (6, 1, 2)},
    34: {"name": "O2",  "coords": (7, 1, 2)},
}



def eeg_to_volume(eeg_data):
    if isinstance(eeg_data, np.ndarray):
        eeg_data = torch.from_numpy(eeg_data)
    assert eeg_data.dim() == 2
    num_channels, num_timepoints = eeg_data.shape
    volume = torch.zeros((11, 9, 5, num_timepoints), device=eeg_data.device)

    for channel_ix, channel_data in channel_mapping.items():
        x, y, z = channel_data["coords"]
        volume[x-1, y-1, z-1, :] = eeg_data[channel_ix-1, :]
    return volume


def visualize_eeg_volume(channel_mapping):
    fig = plt.figure(figsize=(12, 10))
    ax = fig.add_subplot(111, projection="3d")

    # Plot the volume boundaries
    ax.plot([0, 11, 11, 0, 0], [0, 0, 9, 9, 0], [0, 0, 0, 0, 0], "k-")
    ax.plot([0, 11, 11, 0, 0], [0, 0, 9, 9, 0], [5, 5, 5, 5, 5], "k-")
    ax.plot([0, 0], [0, 0], [0, 5], "k-")
    ax.plot([11, 11], [0, 0], [0, 5], "k-")
    ax.plot([11, 11], [9, 9], [0, 5], "k-")
    ax.plot([0, 0], [9, 9], [0, 5], "k-")

    # Plot electrode positions
    for channel_ix, channel_data in channel_mapping.items():
        x, y, z = channel_data["coords"]
        ax.scatter(x, y, z-1, c="r", s=100)
        ax.text(x, y, z-1, channel_data["name"], fontsize=8)

    # Set labels and title
    ax.set_xlabel("X")
    ax.set_ylabel("Y")
    ax.set_zlabel("Z")
    ax.set_title("EEG Electrode Positions in 3D Volume (12x10x6)")

    # Set axis limits
    ax.set_xlim(0, 11)
    ax.set_ylim(0, 9)
    ax.set_zlim(0, 5)

    # Adjust the view angle
    ax.view_init(elev=20, azim=45)

    plt.tight_layout()
    plt.show()

if __name__ == '__main__':
    num_channels = 34
    num_timepoints = 1000
    dummy_eeg_data = np.random.rand(num_channels, num_timepoints)
    channel_names = list(channel_mapping.keys())  # Assuming all channels are present
    volume_data = eeg_to_volume(dummy_eeg_data)
    print(volume_data.shape)  # Should print (11, 9, 5, 1000)

Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức sự kiện 5 sao Thông tin về chúng tôi Dịch vụ sinh nhật bé trai Dịch vụ sinh nhật bé gái Sự kiện trọn gói Các tiết mục giải trí Dịch vụ bổ trợ Tiệc cưới sang trọng Dịch vụ khai trương Tư vấn tổ chức sự kiện Hình ảnh sự kiện Cập nhật tin tức Liên hệ ngay Thuê chú hề chuyên nghiệp Tiệc tất niên cho công ty Trang trí tiệc cuối năm Tiệc tất niên độc đáo Sinh nhật bé Hải Đăng Sinh nhật đáng yêu bé Khánh Vân Sinh nhật sang trọng Bích Ngân Tiệc sinh nhật bé Thanh Trang Dịch vụ ông già Noel Xiếc thú vui nhộn Biểu diễn xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức tiệc uy tín Khám phá dịch vụ của chúng tôi Tiệc sinh nhật cho bé trai Trang trí tiệc cho bé gái Gói sự kiện chuyên nghiệp Chương trình giải trí hấp dẫn Dịch vụ hỗ trợ sự kiện Trang trí tiệc cưới đẹp Khởi đầu thành công với khai trương Chuyên gia tư vấn sự kiện Xem ảnh các sự kiện đẹp Tin mới về sự kiện Kết nối với đội ngũ chuyên gia Chú hề vui nhộn cho tiệc sinh nhật Ý tưởng tiệc cuối năm Tất niên độc đáo Trang trí tiệc hiện đại Tổ chức sinh nhật cho Hải Đăng Sinh nhật độc quyền Khánh Vân Phong cách tiệc Bích Ngân Trang trí tiệc bé Thanh Trang Thuê dịch vụ ông già Noel chuyên nghiệp Xem xiếc khỉ đặc sắc Xiếc quay đĩa thú vị
Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa
Thiết kế website Thiết kế website Thiết kế website Cách kháng tài khoản quảng cáo Mua bán Fanpage Facebook Dịch vụ SEO Tổ chức sinh nhật