YOLOv11改进 | 注意力篇 | YOLOv11引入24年最新的ELA注意力机制,并构建C2PSA_ELA

1. ELA介绍

1.1  摘要:注意力机制由于能够有效增强深度神经网络的性能而在计算机视觉领域获得了重要的认可。然而,现有的方法往往难以有效地利用空间信息,或者,如果它们这样做,它们的代价是减少通道维度或增加神经网络的复杂性。为了解决这些限制,本文介绍了一种高效的本地注意力(ELA)方法,实现了一个简单的结构,大幅度的性能改善。通过分析协同注意力方法的局限性,指出批量归一化方法泛化能力不足、降维对通道注意力的不利影响以及注意力生成过程的复杂性。为了克服这些挑战,我们提出了1D卷积和组归一化特征增强技术的结合。这种方法通过有效地编码两个1D位置特征图而无需降维,同时允许轻量级实现,从而实现感兴趣区域的准确定位。我们精心设计了ELA中的三个超参数,产生了四个不同的版本:ELA-T,ELAB,ELA-S和ELA-L,以满足不同视觉任务的具体要求,如图像分类,目标检测和语义分割。ELA可以无缝集成到深度CNN网络中,如ResNet、MobileNet和DeepLab。对ImageNet、MSCOCO和Pascal VOC数据集的广泛评估表明,在上述所有三个视觉任务中,所提出的ELA模

### 如何在主干神经网络中集成EA注意力机制 #### EA注意力机制概述 EA(External Attention)注意力机制是一种新颖的注意力模型,旨在解决传统自注意力机制中存在的冗余计算问题。该机制通过引入外部记忆矩阵来增强特征表示能力减少计算复杂度[^1]。 #### 集成步骤详解 ##### 准备工作 为了将EA注意力模块嵌入现有的卷积神经网络或其他类型的深度学习框架内,需先定义好基本的网络结构以及数据预处理流程。这通常涉及到构建合适的输入管道、初始化权重以及其他必要的配置项。 ##### 定义EA层 下面是一个简单的PyTorch实现例子,展示了如何创建一个EA层: ```python import torch.nn as nn import torch class EALayer(nn.Module): def __init__(self, channels, M=32, d=4): super(EALayer, self).__init__() # 外部记忆矩阵S (Mxd), T (d×M) S_init = torch.randn(M, d).cuda() T_init = torch.randn(d, M).cuda() self.S = nn.Parameter(S_init, requires_grad=True) self.T = nn.Parameter(T_init, requires_grad=True) self.gap = nn.AdaptiveAvgPool2d(1) def forward(self, x): b, c, h, w = x.size() # 获取batch size 和 channel数 # 计算Q和K,V保持不变即为X本身 Q = self.gap(x).view(b,c) @ self.S # BxC -> BCxM K = F.softmax(Q,dim=-1) # 对应于公式中的softmax操作 V = x.view(b,-1,h*w) # 展开成二维向量形式 z = K @ self.T # BKxM * Md->BKxd out = z.unsqueeze(-1).unsqueeze(-1)*V # 扩展维度以便广播乘法运算 return out.reshape_as(x)+x # 将结果重新调整回原始形状与原图相加作为最终输出 ``` 此代码片段实现了论文描述的核心逻辑——利用两个随机初始化的记忆矩阵`S`和`T`来进行线性变换,通过软最大函数(`softmax`)规范化得到注意力分布;最后再与输入张量做点积从而获得带有关注信息的新特征映射。 ##### 修改骨干网路架构 一旦有了上述定义好的EA层之后,在设计具体应用时只需简单地将其插入到目标位置即可完成整个过程。比如可以在ResNet的基础之上增加一层EALayer实例: ```python from torchvision.models import resnet50 model = resnet50(pretrained=False) for name,module in model.named_children(): if isinstance(module,nn.Conv2d): # 或者其他你想添加的地方 setattr(model,name,EALayer(channels=module.out_channels)) ``` 以上就是关于怎样把EA注意力机制融入主流CNNs的一个简要介绍和技术细节说明。值得注意的是实际项目开发过程中可能还需要针对特定任务进一步调优参数设置以达到最佳性能表现。
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