YOLOv10改进 | 注意力篇 | YOLOv10引入Shuffle Attention注意力

1. Shuffle Attention介绍

1.1  摘要:注意力机制使神经网络能够准确地关注输入的所有相关元素,已成为提高深度神经网络性能的重要组成部分。 计算机视觉研究中广泛使用的注意力机制主要有两种:空间注意力和通道注意力,其目的分别是捕获像素级的成对关系和通道依赖性。 虽然将它们融合在一起可能会比它们单独的实现获得更好的性能,但它不可避免地会增加计算开销。 在本文中,我们提出了一种高效的随机注意力(SA)模块来解决这个问题,它采用随机单元来有效地结合两种类型的注意力机制。 具体来说,SA 首先将通道维度分组为多个子特征,然后并行处理它们。 然后,对于每个子特征,SA 利用洗牌单元来描述空间和通道维度上的特征依赖性。 之后,所有子特征被聚合,并采用“通道洗牌”算子来实现不同子特征之间的信息通信。 所提出的 SA 模块高效且有效,例如,SA 针对主干 ResNet50 的参数和计算量分别为 300 vs. 25.56M 和 2.76e-3 GFLOPs vs. 4.12 GFLOPs,并且性能提升超过 1.34% Top-1 准确度方面。 对常用基准(包括用于分类的 ImageNet-1k、用于对象检测的 MS COCO 和实例分割

### YOLOv11中的注意力机制 #### 注意力机制的作用 在YOLOv11中引入了深度卷积注意力机制,这有助于模型更有效地提取图像中的深层语义信息[^1]。通过这种方式,可以显著提升目标检测任务的表现。 #### Shuffle Attention (SA) 的实现细节 Shuffle Attention是一种专门为深度卷积神经网络设计的新型注意力模块,在YOLOv11中有广泛应用。该方法能够增强特征图的空间和通道依赖关系,从而提高模型性能。具体来说: - **空间维度上的注意力建模**:通过对输入特征图施加自适应权重来突出重要区域。 - **通道间的信息交互**:利用逐点卷积操作促进不同通道之间的信息流动。 ```python 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.max_pool = nn.AdaptiveMaxPool2d(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)))) max_out = self.fc2(self.relu1(self.fc1(self.max_pool(x)))) out = avg_out + max_out return self.sigmoid(out) * x ``` 上述代码展示了如何构建两个基本组件——`SpatialAttention` 和 `ChannelAttention` 来组成完整的Shuffle Attention结构。 #### 应用场景 这种改进后的YOLO架构特别适用于复杂背景下的多尺度物体识别问题。由于其强大的表征能力以及高效的计算效率,使得它成为实时视频流处理的理想选择之一。
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