GAM注意力机制

1.GAM注意力机制：

图像解析：

从整体上可以看出，GAM和CBAM注意力机制还是比较相似的，同样是使用了通道注意力机制和空间注意力机制。但是不同的是对通道注意力和空间注意力的处理。

2.CBAM注意力解析

CBAM = CAM + BAM

• 对于通道注意力的处理：
  
  首先对输入特征图进行最大池化和平均池化，再经过MLP分别处理，最终经过Sigmoid激活。
• 对于空间注意力的处理
  
  对特征图进行最大池化和平均池化后叠加在一起，再进行卷积，经过Sigmoid激活函数处理。

3.GAM改进

了解了CBAM，我们来看GAM是怎么处理CAM 和SAM的，同样是先通道后空间。

• CAM
  
  对于输入特征图，首先进行维度转换，经过维度转换的特征图输入到MLP,再转换为原来的维度，进行Sigmoid处理输出。
• SAM
• 
  对于SAM,GAM主要使用了卷积处理，对于这里有点像SE注意力机制，先将通道数量减少，再将通道数量增加。首先通过卷积核为7的卷积缩减通道数量，缩小计算量，在经过一个卷积核为7的卷积操作，增加通道数量，保持通道数量的一致。最后经过Sigmoid输出。

4.GAM的pytorch实现

这里给出GAM的pytorch实现代码：代码可能跟官方有些差异，是看图复现的

"""
GAM 注意力机制：对CBAM注意力进行改进
先通道注意力，再空间注意力
"""
import torch
import torch.nn as nn

# 通道注意力
class Channel_Attention(nn.Module):
    def __init__(self, in_channel, out_channel, ratio=4):
        super(Channel_Attention, self).__init__()
        self.fc1 = nn.Linear(in_channel, in_channel // ratio)
        self.relu = nn.ReLU()
        self.fc2 = nn.Linear(in_channel // ratio, in_channel)
        self.sig = nn.Sigmoid()

    def forward(self, x):
        # b, c, h, w = x.size()
        input = x.permute(0, 3, 2, 1)
        output = self.fc2(self.relu(self.fc1(input)))
        output = output.permute(0, 3, 2, 1)
        return output * x


# 空间注意力
class Spatial(nn.Module):
    def __init__(self, in_channel, out_channel, ratio, kernel_size=7):
        super(Spatial, self).__init__()
        padding = kernel_size // 2
        self.conv1 = nn.Conv2d(
            in_channel, in_channel // ratio, kernel_size=7, padding=padding
        )
        self.bn = nn.BatchNorm2d(in_channel // ratio)
        self.act = nn.ReLU()
        self.conv2 = nn.Conv2d(
            in_channel // ratio, in_channel, kernel_size=kernel_size, padding=padding
        )
        self.bn1 = nn.BatchNorm2d(in_channel)
        self.sig = nn.Sigmoid()
    def forward(self, x):
        conv1 = self.act(self.bn(self.conv1(x)))
        conv2 = self.bn1(self.conv2(conv1))
        output = self.sig(conv2)
        return x * output

class GAM(nn.Module):
    def __init__(self,in_channel, out_channel, ratio = 4, kernel_size = 7):
        super(GAM, self).__init__()
        self.channel_attention = Channel_Attention(in_channel,out_channel,ratio)
        self.spatial_attention = Spatial(in_channel,out_channel,ratio,kernel_size)

    def forward(self, x):
        input = self.channel_attention(x)
        output= self.spatial_attention(input)
        return output

input = torch.randn(1, 4, 24, 24).cuda()
model = GAM(4, 4).cuda()
output = model(input)
print(output)
print(output.size())
# 20220928

5 Reference

YOLOv5使用GAM