YOLOv8独家原创改进：自研独家创新MSAM注意力，通道注意力升级，魔改CBAM

原创

AI小怪兽

发布于 2023-11-29 10:27:21

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发布于 2023-11-29 10:27:21

文章被收录于专栏：YOLO大作战

本文自研创新改进：MSAM（CBAM升级版），通道注意力具备多尺度性能，多分支深度卷积更好的提取多尺度特征，最后高效结合空间注意力

1）作为注意力MSAM使用；

推荐指数：五星

MSCA | 亲测在多个数据集能够实现涨点，对标CBAM。

在道路缺陷检测任务中，原始map为0.8，cbam为0.822 ，MSCA 为 0.855

1.计算机视觉中的注意力机制

一般来说，注意力机制通常被分为以下基本四大类：

通道注意力 Channel Attention

空间注意力机制 Spatial Attention

时间注意力机制 Temporal Attention

分支注意力机制 Branch Attention

2.CBAM：通道注意力和空间注意力的集成者

轻量级的卷积注意力模块，它结合了通道和空间的注意力机制模块

论文题目：《CBAM: Convolutional Block Attention Module》 论文地址： https://arxiv.org/pdf/1807.06521.pdf

上图可以看到，CBAM包含CAM（Channel Attention Module）和SAM（Spartial Attention Module）两个子模块，分别进行通道和空间上的Attention。这样不只能够节约参数和计算力，并且保证了其能够做为即插即用的模块集成到现有的网络架构中去。

3.自研MSAM

3.1 原理介绍

详见：https://blog.csdn.net/m0_63774211/category_12511737.html?spm=1001.2014.3001.5482

3.2 自研MSAM注意力介绍

多尺度卷积注意模块具备多尺度性能

原理：CBMA原先的通道注意力替换为多尺度卷积，使通道注意力具备多尺度性能

3.3 MSAM引入到YOLOv8

3.4 MSAM加入ultralytics/nn/attention/MSAM.py

核心代码

class ChannelAttention(nn.Module):
    # Channel-attention module https://github.com/open-mmlab/mmdetection/tree/v3.0.0rc1/configs/rtmdet
    def __init__(self, channels: int) -> None:
        super().__init__()
        self.pool = nn.AdaptiveAvgPool2d(1)
        self.fc = nn.Conv2d(channels, channels, 1, 1, 0, bias=True)
        self.act = nn.Sigmoid()

    def forward(self, x: torch.Tensor) -> torch.Tensor:
        return x * self.act(self.fc(self.pool(x)))


class SpatialAttention(nn.Module):
    # Spatial-attention module
    def __init__(self, kernel_size=7):
        super().__init__()
        assert kernel_size in (3, 7), 'kernel size must be 3 or 7'
        padding = 3 if kernel_size == 7 else 1
        self.cv1 = nn.Conv2d(2, 1, kernel_size, padding=padding, bias=False)
        self.act = nn.Sigmoid()

    def forward(self, x):
        return x * self.act(self.cv1(torch.cat([torch.mean(x, 1, keepdim=True), torch.max(x, 1, keepdim=True)[0]], 1)))

3.5 yolov8_MSAM.yaml

# Ultralytics YOLO 🚀, AGPL-3.0 license
# YOLOv8 object detection model with P3-P5 outputs. For Usage examples see https://docs.ultralytics.com/tasks/detect

# Parameters
nc: 80  # number of classes
scales: # model compound scaling constants, i.e. 'model=yolov8n.yaml' will call yolov8.yaml with scale 'n'
  # [depth, width, max_channels]
  n: [0.33, 0.25, 1024]  # YOLOv8n summary: 225 layers,  3157200 parameters,  3157184 gradients,   8.9 GFLOPs
  s: [0.33, 0.50, 1024]  # YOLOv8s summary: 225 layers, 11166560 parameters, 11166544 gradients,  28.8 GFLOPs
  m: [0.67, 0.75, 768]   # YOLOv8m summary: 295 layers, 25902640 parameters, 25902624 gradients,  79.3 GFLOPs
  l: [1.00, 1.00, 512]   # YOLOv8l summary: 365 layers, 43691520 parameters, 43691504 gradients, 165.7 GFLOPs
  x: [1.00, 1.25, 512]   # YOLOv8x summary: 365 layers, 68229648 parameters, 68229632 gradients, 258.5 GFLOPs

# YOLOv8.0n backbone
backbone:
  # [from, repeats, module, args]
  - [-1, 1, Conv, [64, 3, 2]]  # 0-P1/2
  - [-1, 1, Conv, [128, 3, 2]]  # 1-P2/4
  - [-1, 3, C2f, [128, True]]
  - [-1, 1, Conv, [256, 3, 2]]  # 3-P3/8
  - [-1, 6, C2f, [256, True]]
  - [-1, 1, Conv, [512, 3, 2]]  # 5-P4/16
  - [-1, 6, C2f, [512, True]]
  - [-1, 1, Conv, [1024, 3, 2]]  # 7-P5/32
  - [-1, 3, C2f, [1024, True]]
  - [-1, 1, SPPF, [1024, 5]]  # 9
  - [-1, 1, MSAM, [1024]]  # 10

# YOLOv8.0n head
head:
  - [-1, 1, nn.Upsample, [None, 2, 'nearest']]
  - [[-1, 6], 1, Concat, [1]]  # cat backbone P4
  - [-1, 3, C2f, [512]]  # 13

  - [-1, 1, nn.Upsample, [None, 2, 'nearest']]
  - [[-1, 4], 1, Concat, [1]]  # cat backbone P3
  - [-1, 3, C2f, [256]]  # 16 (P3/8-small)

  - [-1, 1, Conv, [256, 3, 2]]
  - [[-1, 13], 1, Concat, [1]]  # cat head P4
  - [-1, 3, C2f, [512]]  # 19 (P4/16-medium)

  - [-1, 1, Conv, [512, 3, 2]]
  - [[-1, 10], 1, Concat, [1]]  # cat head P5
  - [-1, 3, C2f, [1024]]  # 22 (P5/32-large)

  - [[16, 19, 22], 1, Detect, [nc]]  # Detect(P3, P4, P5)

4.数据集验证

数据集介绍道路缺陷检测数据集，数据大小390张，随机划分为训练、测试、验证集。

下图可见，缺陷存在各个尺度的特征，验证多尺度创新点是十分合适的

原始v8n性能

YOLOv8 summary (fused): 168 layers, 3005843 parameters, 0 gradients, 8.1 GFLOPs
                 Class     Images  Instances      Box(P          R      mAP50  mAP50-95): 100%|██████████| 5/5 [00:01<00:00,  2.50it/s]
                   all         71         63      0.731      0.732        0.8       0.47

cbam性能

YOLOv8_CBAM summary (fused): 176 layers, 3071733 parameters, 0 gradients, 8.1 GFLOPs
                 Class     Images  Instances      Box(P          R      mAP50  mAP50-95): 100%|██████████| 5/5 [00:02<00:00,  2.46it/s]
                   all         71         63      0.834      0.683      0.822      0.442

msam性能

YOLOv8_MSAM summary (fused): 181 layers, 3099893 parameters, 0 gradients, 8.2 GFLOPs
                 Class     Images  Instances      Box(P          R      mAP50  mAP50-95): 100%|██████████| 5/5 [00:02<00:00,  2.46it/s]
                   all         71         63      0.788      0.794      0.855      0.507

by CSDN AI小怪兽 http://cv2023.blog.csdn.net

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