YOLOv9改进策略：注意力机制 | SKAttention注意力效果优于SENet

💡💡💡本文改进内容：SKAttention输入自适应地调整其感受野大小的能力

yolov9-c-SKAttention summary: 987 layers, 73109830 parameters, 73109798 gradients, 256.5 GFLOPs

改进结构图如下：

YOLOv9魔术师专栏

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YOLOv9魔改：注意力机制、检测头、blcok魔改、自研原创等

YOLOv9魔术师

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1.YOLOv9原理介绍

论文： 2402.13616.pdf (arxiv.org)

代码：GitHub - WongKinYiu/yolov9: Implementation of paper - YOLOv9: Learning What You Want to Learn Using Programmable Gradient Information摘要： 如今的深度学习方法重点关注如何设计最合适的目标函数，从而使得模型的预测结果能够最接近真实情况。同时，必须设计一个适当的架构，可以帮助获取足够的信息进行预测。然而，现有方法忽略了一个事实，即当输入数据经过逐层特征提取和空间变换时，大量信息将会丢失。因此，YOLOv9 深入研究了数据通过深度网络传输时数据丢失的重要问题，即信息瓶颈和可逆函数。作者提出了可编程梯度信息（programmable gradient information，PGI）的概念，来应对深度网络实现多个目标所需要的各种变化。PGI 可以为目标任务计算目标函数提供完整的输入信息，从而获得可靠的梯度信息来更新网络权值。此外，研究者基于梯度路径规划设计了一种新的轻量级网络架构，即通用高效层聚合网络（Generalized Efficient Layer Aggregation Network，GELAN）。该架构证实了 PGI 可以在轻量级模型上取得优异的结果。研究者在基于 MS COCO 数据集的目标检测任务上验证所提出的 GELAN 和 PGI。结果表明，与其他 SOTA 方法相比，GELAN 仅使用传统卷积算子即可实现更好的参数利用率。对于 PGI 而言，它的适用性很强，可用于从轻型到大型的各种模型。我们可以用它来获取完整的信息，从而使从头开始训练的模型能够比使用大型数据集预训练的 SOTA 模型获得更好的结果。对比结果如图1所示。

YOLOv9框架图

1.1 YOLOv9框架介绍

YOLOv9各个模型介绍

2. SKAttention

论文：https://arxiv.org/pdf/1903.06586.pdf

多个 SK 块的堆叠得到 SKNet，这个名字也是为了致敬 SENet。

SKNet 在 ImageNet、CIFAR 数据集上都取得了 SOTA。

详细的实验分析表明，SKNet 中的神经元可以捕获具有不同比例的目标对象，实验验证了神经元根据输入自适应地调整其感受野大小的能力。

本文的方法分为三个部分：Split,Fuse,Select。Split就是一个multi-branch的操作，用不同的卷积核进行卷积得到不同的特征；Fuse部分就是用SE的结构获取通道注意力的矩阵(N个卷积核就可以得到N个注意力矩阵，这步操作对所有的特征参数共享)，这样就可以得到不同kernel经过SE之后的特征；Select操作就是将这几个特征进行相加。

3.SKAttention加入到YOLOv9

3.1新建py文件，路径为models/attention/attention.py


###################### SKAttention   ####     start   by  AI&CV  ###############################from torch.nn import init
from collections import OrderedDictclass SKAttention(nn.Module):def __init__(self, c1,channel=512, kernels=[1, 3, 5, 7], reduction=16, group=1, L=32):super().__init__()self.d = max(L, channel // reduction)self.convs = nn.ModuleList([])for k in kernels:self.convs.append(nn.Sequential(OrderedDict([('conv', nn.Conv2d(channel, channel, kernel_size=k, padding=k // 2, groups=group)),('bn', nn.BatchNorm2d(channel)),('relu', nn.ReLU())])))self.fc = nn.Linear(channel, self.d)self.fcs = nn.ModuleList([])for i in range(len(kernels)):self.fcs.append(nn.Linear(self.d, channel))self.softmax = nn.Softmax(dim=0)def forward(self, x):bs, c, _, _ = x.size()conv_outs = []### splitfor conv in self.convs:conv_outs.append(conv(x))feats = torch.stack(conv_outs, 0)  # k,bs,channel,h,w### fuseU = sum(conv_outs)  # bs,c,h,w### reduction channelS = U.mean(-1).mean(-1)  # bs,cZ = self.fc(S)  # bs,d### calculate attention weightweights = []for fc in self.fcs:weight = fc(Z)weights.append(weight.view(bs, c, 1, 1))  # bs,channelattention_weughts = torch.stack(weights, 0)  # k,bs,channel,1,1attention_weughts = self.softmax(attention_weughts)  # k,bs,channel,1,1### fuseV = (attention_weughts * feats).sum(0)return V###################### SKAttention  ####     end   by  AI&CV  ###############################

3.2修改yolo.py

1)首先进行引用

from models.attention.attention import *

2）修改def parse_model(d, ch): # model_dict, input_channels(3)

在源码基础上加入SKAttention

        elif m is nn.BatchNorm2d:args = [ch[f]]###attention #####elif m in {EMA_attention, CoordAtt,CBAM,GAM_Attention,PolarizedSelfAttention,SimAM,NAMAttention,DoubleAttention,SKAttention}:c2 = ch[f]args = [c2, *args]###attention #####

3.3 yolov9-c-SKAttention.yaml

# YOLOv9# parameters
nc: 80  # number of classes
depth_multiple: 1.0  # model depth multiple
width_multiple: 1.0  # layer channel multiple
#activation: nn.LeakyReLU(0.1)
#activation: nn.ReLU()# anchors
anchors: 3# YOLOv9 backbone
backbone:[[-1, 1, Silence, []],  # conv down[-1, 1, Conv, [64, 3, 2]],  # 1-P1/2# conv down[-1, 1, Conv, [128, 3, 2]],  # 2-P2/4# elan-1 block[-1, 1, RepNCSPELAN4, [256, 128, 64, 1]],  # 3# avg-conv down[-1, 1, ADown, [256]],  # 4-P3/8# elan-2 block[-1, 1, RepNCSPELAN4, [512, 256, 128, 1]],  # 5# avg-conv down[-1, 1, ADown, [512]],  # 6-P4/16# elan-2 block[-1, 1, RepNCSPELAN4, [512, 512, 256, 1]],  # 7# avg-conv down[-1, 1, ADown, [512]],  # 8-P5/32# elan-2 block[-1, 1, RepNCSPELAN4, [512, 512, 256, 1]],  # 9[-1, 1, SKAttention, [512]],  # 10]# YOLOv9 head
head:[# elan-spp block[-1, 1, SPPELAN, [512, 256]],  # 11# up-concat merge[-1, 1, nn.Upsample, [None, 2, 'nearest']],[[-1, 7], 1, Concat, [1]],  # cat backbone P4# elan-2 block[-1, 1, RepNCSPELAN4, [512, 512, 256, 1]],  # 14# up-concat merge[-1, 1, nn.Upsample, [None, 2, 'nearest']],[[-1, 5], 1, Concat, [1]],  # cat backbone P3# elan-2 block[-1, 1, RepNCSPELAN4, [256, 256, 128, 1]],  # 17 (P3/8-small)# avg-conv-down merge[-1, 1, ADown, [256]],[[-1, 14], 1, Concat, [1]],  # cat head P4# elan-2 block[-1, 1, RepNCSPELAN4, [512, 512, 256, 1]],  # 20 (P4/16-medium)# avg-conv-down merge[-1, 1, ADown, [512]],[[-1, 11], 1, Concat, [1]],  # cat head P5# elan-2 block[-1, 1, RepNCSPELAN4, [512, 512, 256, 1]],  # 23 (P5/32-large)# multi-level reversible auxiliary branch# routing[5, 1, CBLinear, [[256]]], # 24[7, 1, CBLinear, [[256, 512]]], # 25[9, 1, CBLinear, [[256, 512, 512]]], # 26# conv down[0, 1, Conv, [64, 3, 2]],  # 27-P1/2# conv down[-1, 1, Conv, [128, 3, 2]],  # 28-P2/4# elan-1 block[-1, 1, RepNCSPELAN4, [256, 128, 64, 1]],  # 29# avg-conv down fuse[-1, 1, ADown, [256]],  # 30-P3/8[[24, 25, 26, -1], 1, CBFuse, [[0, 0, 0]]], # 31  # elan-2 block[-1, 1, RepNCSPELAN4, [512, 256, 128, 1]],  # 32# avg-conv down fuse[-1, 1, ADown, [512]],  # 33-P4/16[[25, 26, -1], 1, CBFuse, [[1, 1]]], # 34 # elan-2 block[-1, 1, RepNCSPELAN4, [512, 512, 256, 1]],  # 35# avg-conv down fuse[-1, 1, ADown, [512]],  # 36-P5/32[[26, -1], 1, CBFuse, [[2]]], # 37# elan-2 block[-1, 1, RepNCSPELAN4, [512, 512, 256, 1]],  # 38# detection head# detect[[32, 35, 38, 17, 20, 23], 1, DualDDetect, [nc]],  # DualDDetect(A3, A4, A5, P3, P4, P5)]