YOLOV8改进:LSKA注意力机制改进SPPF模块_sppf_lska模块

y2 = self.m(y1)
        return self.cv2(torch.cat((x, y1, y2, self.m(y2)), 1))

2.LSKA注意力机制介绍

LSKA将深度卷积层的二维卷积核分解为级联的水平和垂直一维卷积核。与标准的LKA设计相比,所提出的分解使得可以在注意力模块中直接使用具有大卷积核的深度卷积层,无需额外的块。

视觉注意力网络(VAN)具有大卷积核注意力(LKA)模块已经在一系列基于视觉的任务上表现出卓越的性能,超越了视觉Transformer。然而,这些LKA模块中的深度卷积层随着卷积核大小的增加而导致计算和内存占用呈二次增加。

为了缓解这些问题,并实现在VAN的注意力模块中使用极大的卷积核,作者提出了一系列Large Separable Kernel Attention模块,称为LSKA。LSKA将深度卷积层的二维卷积核分解为级联的水平和垂直一维卷积核。与标准的LKA设计相比,所提出的分解使得可以在注意力模块中直接使用具有大卷积核的深度卷积层,无需额外的块。作者证明了VAN中所提出的LSKA模块可以实现与标准LKA模块相当的性能,并且计算复杂性和内存占用更低。作者还发现,随着卷积核大小的增加,所提出的LSKA设计更倾向于将VAN偏向物体的形状而不是纹理。

LSKA的结构和作用可以分为以下几个步骤:

  1. 初始化卷积层(conv0h和conv0v):这两个卷积层分别负责提取输入特征图的水平和垂直方向的特征。这一步是为了生成初步的注意力图,帮助模型集中注意力于图像中的重要部分。
  2. 空间扩张卷积层(conv_spatial_h和conv_spatial_v):在获得初步的注意力图后
### YOLOv11 中改进 LSKA 的方法和实现方案 #### 局部敏感性自适应模块 (LSKA) 的背景和发展 局部敏感性自适应 (LSKA) 是一种用于增强模型感受野并提高特征提取能力的技术。通过对传统大核注意力机制 (LKA) 的重构,采用了一维卷积核的设计思路[^2]。 #### 改进LSKA 设计原则 为了进一步提升YOLOv11中LSKA的效果,在设计上进行了如下优化: - **一维卷积核的应用**:通过使用不同尺寸的一维卷积核代替原有的二维卷积操作,减少了计算量的同时保持了良好的空间感知能力。 - **混合聚合网络(Mixed Aggregation Network)** 和 **StarBlock 结构** 被引入到 LSKA 模块中,增强了多尺度特征融合的能力,使得模型能够更好地捕捉图像中的细节信息[^3]。 #### 实现步骤和技术要点 以下是具体实现过程中需要注意的关键技术点: - **SPPF_LSKA 结合**:将 SPPF(Spatial Pyramid Pooling with Fast Implementation)与 LSKA 相结合,可以有效扩展模型的感受野范围,并且提高了对不同类型物体检测精度[^1]。 ```python def sppf_lskafusion(x, kernel_size=5): c_ = x.shape[1] // 2 y1 = F.max_pool2d(x, kernel_size, stride=1, padding=(kernel_size - 1) // 2) y2 = F.conv2d(y1, weight=torch.ones((c_, 1, kernel_size, kernel_size)), bias=None, stride=1, padding=(kernel_size - 1) // 2, groups=c_) # Apply one-dimensional convolutions to replace traditional convolution operations. horizontal_conv = nn.Conv2d(c_, c_, (1, kernel_size), padding=(0, (kernel_size - 1) // 2)) vertical_conv = nn.Conv2d(c_, c_, (kernel_size, 1), padding=((kernel_size - 1) // 2, 0)) lsk_output = torch.cat([horizontal_conv(y2), vertical_conv(y2)], dim=1) return lsk_output ``` - **配置文件调整**:针对 yolov8_SPPF_LSKA_SimAM 的实验设置,需要修改相应的配置文件以支持新的架构变化。这包括但不限于输入大小、锚框设定以及损失函数的选择等方面。 #### 性能评估与结果展示 经过上述改进措施后,YOLOv11 在多个公开数据集上的表现得到了显著改善,特别是在处理小目标检测任务时效果尤为明显。
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