YOLOv11 改进 - 注意力机制 | CPCA(Channel prior convolutional attention)通道先验卷积注意力:轻量级设计破解权重分布难题,增强小目标显著性

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前言

本文介绍了通道先验卷积注意力(CPCA)机制及其在YOLOv11中的结合应用。CPCA结合通道注意力与空间注意力,通过多尺度深度可分离卷积模块,有效提取空间关系并保留通道先验。通道注意力学习各通道重要性,空间注意力捕捉特征图位置关系。我们将CPCA模块集成进YOLOv11,替换部分原有模块。实验表明,基于CPCA的CPCANet在医学图像分割任务中,用较少计算资源实现了优于先进算法的分割性能,展现了CPCA在目标检测领域的应用潜力。

文章目录: YOLOv11改进大全:卷积层、轻量化、注意力机制、损失函数、Backbone、SPPF、Neck、检测头全方位优化汇总

专栏链接: YOLOv11改进专栏

介绍

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摘要

医学图像普遍呈现低对比度特征及显著的器官形态变异特性,现有注意力机制往往难以有效适应医学图像分割的性能提升需求。本文提出了一种高效的通道优先卷积注意力机制(CPCA),该机制能够在通道与空间维度上实现动态注意力权重分配。通过引入多尺度深度卷积模块,CPCA在有效提取空间关系的同时保持了通道优先的设计原则,具备关注信息丰富通道及关键区域的能力。基于CPCA架构,我们构建了专门针对医学图像分割任务的深度神经网络CPCANet。该网络在两个公开医学图像数据集上进行了系统性验证,实验结果表明,相较于当前最先进的算法,CPCANet在显著减少计算资源需求的条件下实现了分割性能的实质性提升。相关实现代码已在https://github.com/Cuthbert-Huang/CPCANet平台开源发布。

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YOLO(You Only Look Once)是一种流行的物体检测和图像分割模型,由华盛顿大学的Joseph Redmon 和Ali Farhadi 开发。 YOLO 于2015 年推出,因其高速和高精度而广受欢迎

### 结合暗通道先验卷积神经网络的图像去雾技术 #### 暗通道先验简介 暗通道先优先假设自然场景中的局部区域至少有一种颜色分量具有较低值。这一特性被广泛应用于单幅图像去雾算法中[^1]。 #### 卷积神经网络的应用 近年来,研究人员尝试将传统方法如暗通道先验融入到深度学习框架内,特别是通过设计特定架构使模型能够自动学习并利用这些物理规律来进行更有效的去雾处理。这类工作不仅提高了性能还增强了鲁棒性和泛化能力。 #### 技术实现方式 一种常见做法是在构建卷积神经网络时引入额外模块或路径专门负责估计大气光强度以及透射率图,这两个参数对于基于暗通道理论的方法至关重要。例如: - **多尺度特征融合**:为了更好地捕捉不同尺度下的细节信息,可以采用多层次特征聚合策略; - **端到端训练机制**:允许整个系统一次性完成优化而不是像早期那样分为多个独立阶段分别求解; - **损失函数定制化**:除了常规回归误差外还可以加入其他约束项比如平滑度惩罚等以促进更加合理的结果生成。 ```python import torch.nn as nn class DarkChannelPriorNet(nn.Module): def __init__(self): super(DarkChannelPriorNet, self).__init__() # 定义用于提取特征的基础卷积层 self.feature_extractor = nn.Sequential( nn.Conv2d(3, 64, kernel_size=7, stride=2), nn.ReLU(inplace=True), ... ) # 添加特殊组件来预测大气光A和透射率t self.atmospheric_light_estimator = ... self.transmission_map_predictor = ... def forward(self, x): features = self.feature_extractor(x) A_hat = self.atmospheric_light_estimator(features) t_hat = self.transmission_map_predictor(features) return A_hat, t_hat ``` 此代码片段展示了一个简化版的PyTorch风格网络定义,其中包含了基础功能单元及其相互关系示意。
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