YOLOv8改进 | 添加注意力篇 | 2024最新的空间和通道协同注意力模块SCSA改进yolov8有校涨点(含二次创新C2f)

一、本文介绍

本文给大家带来的改进机制是2024最新的空间和通道协同注意力模块(Spatial and Channel Synergistic Attention)SCSA,其通过结合空间注意力(Spatial Attention)和通道注意力(Channel Attention),提出了一种新的协同注意力模块SCSA。SCSA的设计由两个主要部分组成:共享多语义空间注意力(SMSA)和渐进通道自注意力(PCSA)| 个人感觉类似于CBAM,SCSA机制旨在有效地结合通道和空间注意力的优势,充分利用多语义信息,从而提高视觉任务的表现,在本文中我提供其四个使用的方法,包括二次创新C2f两种

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专栏目录:YOLOv8改进有效系列目录 | 包含卷积、主干、检测头、注意力机制、Neck上百种创新机制 


目录

一、本文介绍

二、基本原理 

三、核心代码 

四、添加教程

  4.1 修改一

4.2 修改二 

4.3 修改三 

4.4 修改四 

五、正式训练

5.1 yaml文件1

5.2 yaml文件2

5.3 yaml文件3

5.4 yaml文件4

### ResNet结合SCSA注意力机制的实现方式 #### SCSA模块概述 SCSA(Spatial and Channel Synergistic Attention)旨在探索空间通道注意力之间的协同效应。该模块通过融合空间维度上的特征图以及不同通道间的依赖关系来增强模型的表现力[^1]。 #### 实现细节 为了将SCSA集成到ResNet架构中,可以在每个残差单元内部引入此注意层。具体来说: - **输入处理**:接收来自前一层的标准卷积输出; - **并行分支设计**: - 创建两个独立路径分别用于计算空间级联响应与跨频道交互模式; - 对于空间部分采用轻量化操作如深度可分离卷积减少参数量;对于渠道则利用全局平均池化获取整体统计特性; - **多尺度建模**:考虑到图像内在结构可能存在多种比例尺变化情况,在上述基础上进一步加入金字塔形采样策略以捕捉更广泛范围内的上下文信息; - **最终融合**:经过各自变换后的两路信号再次汇聚并通过逐元素相乘完成强化表达式的构建过程。 ```python import torch.nn as nn class SpatialAttention(nn.Module): def __init__(self, kernel_size=7): super(SpatialAttention, self).__init__() assert kernel_size in (3, 7), 'kernel size must be 3 or 7' padding = 3 if kernel_size == 7 else 1 self.conv1 = nn.Conv2d(2, 1, kernel_size, padding=padding, bias=False) self.sigmoid = nn.Sigmoid() def forward(self, x): avg_out = torch.mean(x, dim=1, keepdim=True) max_out, _ = torch.max(x, dim=1, keepdim=True) scale = torch.cat([avg_out, max_out], dim=1) scale = self.conv1(scale) return x * self.sigmoid(scale) class ChannelAttention(nn.Module): def __init__(self, in_planes, ratio=16): super(ChannelAttention, self).__init__() self.avg_pool = nn.AdaptiveAvgPool2d(1) self.fc1 = nn.Conv2d(in_planes, in_planes // ratio, 1, bias=False) self.relu1 = nn.ReLU() self.fc2 = nn.Conv2d(in_planes // ratio, in_planes, 1, bias=False) self.sigmoid = nn.Sigmoid() def forward(self, x): avg_out = self.fc2(self.relu1(self.fc1(self.avg_pool(x)))) out = self.sigmoid(avg_out) return x * out class SCAModule(nn.Module): expansion = 4 def __init__(self, planes): super(SCAModule, self).__init__() self.spatial_attention = SpatialAttention() self.channel_attention = ChannelAttention(planes*self.expansion) def forward(self, x): residual = x spa_atten = self.spatial_attention(residual) cha_atten = self.channel_attention(spa_atten) out = spa_atten + cha_atten return out ``` #### 应用案例分析 在ImageNet-1K数据集上进行了广泛的实验验证,结果显示当把SCSA嵌入至预训练好的ResNet-50网络之后形成的新变体——命名为`SCSA-50`,不仅显著提升了分类准确性而且有效降低了过拟合风险。 此外,在目标检测领域也有成功实践。例如YOLOv8改进版本中也采用了类似的思路,通过对原有框架添加SCSA组件实现了性能优化[^2]。
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