YOLO12改进-模块-引入多维协作注意力MCAM 抗背景干扰，增强多尺度、小目标

一勺汤

已于 2025-04-28 09:31:35 修改

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分类专栏： YOLOv12模型系列文章标签：深度学习 yolo12 yolo12改进 YOLOv12 yolov12魔改注意力机制 transformer

于 2025-03-21 12:16:00 首次发布

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传统卷积神经网络（CNN）通过局部感受野逐层提取特征，但缺乏动态聚焦关键区域的能力。后续提出的注意力机制（如SE、CBAM等）通过通道或空间维度增强特征表达，但仍存在显著缺陷：

维度割裂：多数方法独立处理通道或空间注意力，忽略跨维度关联（例如通道与空间特征的协同作用）。

信息损失：依赖全局平均池化（GAP）压缩特征，导致细节信息丢失，影响细粒度分类。

计算冗余：引入全连接层或复杂模块（如多分支结构），增加参数量和计算成本。

MCA（多维协作注意力）的提出旨在解决上述问题，通过轻量化设计实现通道、高度、宽度三个维度的协同建模，在动态捕捉关键特征的同时保持计算效率。

上面是原模型，下面是改进模型

1. 多维协作注意力MCAM介绍

MCA（多维协作注意力）的核心在于打破传统注意力机制对通道与空间维度的割裂式处理，通过多维度协同感知与动态轻量化计算，让网络更智能地捕捉特征间的复杂关联。其本质是让模型同时回答三个问题：“哪些特征重要”（通道维度）、“重要特征在垂直方向的位置”（高度维度）、“重要特征在水平方向的位置”（宽度维度），并将三者动态融合。例如，识别一只鸟时，MCA不仅会增强“羽毛纹理”对应的通道，还能在空间上聚焦“头部区域”，且这种多维度判断是相互关联的——羽毛纹理的显著性可能影响头部定位的权重。为实现这一目标，MCA摒弃了传统全连接层等复杂结构，转而通过一维卷积和动态门控机制，在几乎不增加计算量的前提下实现跨维度信息交互。

从提供的图片来看，MCAM模块主要包含以下几个部分：

MCA的整体结构由三个并行的注意力分支（通道、高度、宽度）和一个动态聚合模块组成，每个分支通过维度旋转和轻量化计算实现多维度协作，以下是详细描述：

1. 通道分支：通道分支直接处理输入特征图的通道维度。首先，对每个通道同时计算全局平均池化（提取特征整体强度）和全局标准差池化（衡量特征分布的离散程度），两种统计量通过可学习权重融合，形成更全面的通道描述。融合后的统计量通过一维卷积（而非全连接层）生成通道注意力权重，该卷积仅需极少的参数量即可捕捉通道间局部依赖关系。最后，权重与原始特征逐通道相乘，强化重要通道（如与目标类别相关的特征通道）的响应，抑制冗余通道。

2. 高度分支：高度分支的目标是定位垂直方向（图像上下区域）的关键位置。为实现轻量化设计，将输入特征图旋转，使高度维度转换为“伪通道”维度。例如，原始特征维度为“通道×高度×宽度”（如64×224×224），旋转后变为“高度×通道×宽度”（224×64×224），此时每个“伪通道”对应原始图像的一行像素。随后，复用通道分支的流程：对每个“伪通道”计算均值与标准差统计量，融合后通过一维卷积生成高度注意力权重。例如，在行人检测任务中，高度分支可能增强图像中上部（对应人体头部和躯干）的权重。最后将加权后的特征逆旋转回原始维度，完成垂直方向的特征增强。

3. 宽度分支：宽度分支与高度分支对称，关注水平方向（图像左右区域）的重要性。通过旋转操作将宽度维度转换为“伪通道”，例如原始特征变为“宽度×高度×通道”（224×224×64），每个“伪通道”对应原始图像的一列像素。复用通道分支的统计量融合与一维卷积生成宽度注意力权重。例如，在车辆检测中，宽度分支可能强化图像左右两侧（对应车轮位置）的特征响应。逆旋转后恢复原始维度，完成水平方向的特征增强。

4. 动态门控与特征聚合

动态门控：在三个分支的一维卷积中引入轻量级自适应机制。根据输入特征的复杂度（如通过特征方差简单判断），动态选择卷积核大小。例如，复杂场景（如密集的树叶纹理）使用较大的卷积核（如核大小5），增强长程维度交互；简单场景（如纯色背景）则使用较小卷积核（如核大小3），减少计算量。

特征聚合：将通道、高度、宽度分支的输出特征按元素取平均值，综合三个维度的注意力结果。例如，在鸟类识别中，通道分支增强羽毛纹理，高度分支聚焦头部区域，宽度分支定位翅膀伸展方向，聚合后形成判别性更强的特征表达。

2. YOLOv11与MCAM的结合

基于上述的想法，本文将其与A2C2f相结合，通过通道、高度、宽度三向协同建模，动态增强关键特征。同时MCA可显著提升多尺度目标检测精度（如小物体识别）

3. MCAM代码部分

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通过网盘分享的文件：YOLOv12模块
链接: https://pan.baidu.com/s/1roit42FxOING9kiy24A4Zw 提取码: ek72

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4. 将MCAM引入到YOLOv12中

第一: 先新建一个v12_changemodel，将下面的核心代码复制到下面这个路径当中，如下图如所示。E:\Part_time_job_orders\YOLO_NEW\YOLOv12\ultralytics\v12_changemodel。

第二：在task.py中导入包

第三：在task.py中的模型配置部分下面代码

第四：将模型配置文件复制到YOLOV12.YAMY文件中

第五：运行代码


from ultralytics.models import NAS, RTDETR, SAM, YOLO, FastSAM, YOLOWorld

if __name__=="__main__":

    # 使用自己的YOLOv12.yamy文件搭建模型并加载预训练权重训练模型
    model = YOLO(r"E:\Part_time_job_orders\YOLO_NEW\YOLOv12\ultralytics\cfg\models\12\yolo12_MCAM.yaml")\
        .load(r'E:\Part_time_job_orders\YOLO_NEW\YOLOv12\yolo12n.pt')  # build from YAML and transfer weights

    results = model.train(data=r'E:\Part_time_job_orders\YOLO\YOLOv12\ultralytics\cfg\datasets\VOC_my.yaml',
                          epochs=300,
                          imgsz=640,
                          batch=64,
                          # cache = False,
                          # single_cls = False,  # 是否是单类别检测
                          # workers = 0,
                         # resume=r'D:/model/yolov8/runs/detect/train/weights/last.pt',
                          amp = True
                          )