卷积神经网络，也称为卷积网络，使用卷积层来过滤输入以获取有用信息。卷积层具有可学习的参数，能自动调整滤波器以提取对应任务的最有用特征。例如在一般目标识别中侧重对象形状信息，鸟类识别中更倾向于鸟的颜色信息，它会自动适配以找到最佳特征。
通常，多个卷积层依次作用，在每一层后对图像进行过滤，获取越来越多的抽象信息，形成层次特征。
卷积网络还常使用池层，以实现有限的平移和旋转不变性，即便对象出现在异常位置也能检测到，同时能减少内存消耗，从而支持使用更多卷积层。
近期的卷积网络采用初始模块，利用 1×1 卷积核进一步降低内存消耗并加快计算速度，提高训练效率。
例如在自动驾驶汽车场景中，可将驾驶员当前视野的图像输入到卷积神经网络，训练其预测下一个可能行动的奖励。相似状态的图像相似，行动也相似，网络能针对不同情况进行微调。
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图 5 展示了一个交通标志的图像被 4 个 5×5 的卷积核过滤，生成 4 个特征图，再通过最大池化进行二次采样。下一层将 10 个 5×5 的卷积核应用于这些子采样图像，并再次将特征映射集中在一起。最后一层是完全连接的层，用于组合所有生成的特征并用于分类器（本质上是逻辑回归）。图像由莫里斯·皮曼提供。
