swin transformer详解

1.解决问题

• 图像中像素点太多了，如果需要更多的特征就必须构建很长的序列
•  越长的序列注意力的计算肯定越慢，这就导致了效率问题
• 能否用窗口和分层的形式来替代长序列的方法呢？这就是它的本质
• CNN中经常提到感受野，transformer在分层中进行体现

2.整体网络架构

1.   得到各Pathch特征构建序列；
2. 分层计算attention（逐步下采样过程）

        其中Block是最核心的，对attention的计算方法进行了改进，一个Transformer Blocks包含两个部分，一个是基于窗口的注意力计算——W-MSA，另外一个是窗口滑动后重新计算注意力——SW-MSA，它俩串联在一起就是一个block

 

Patch Embedding

输入：图像数据（224，224，3）

输出：（3136，96）相当于序列长度是3136个，每个的向量是96维特征

通过卷积得到，Conv2d(3, 96, kernel_size=(4, 4), stride=(4, 4)）

3136也就是 (224/4) * (224/4)得到的，也可以根据需求更改卷积参数

window_partition

输入：特征图（56，56，96）

默认窗口大小为7，所以总共可以分成8*8个窗口

输出：特征图（64，7，7，96）

之前的单位是序列，现在的单位是窗口（共64个窗口）         

W-MSA（Window Multi-head Self Attention）

        对得到的窗口，计算各个窗口自己的自注意力得分

        qkv三个矩阵放在一起了：（3，64，3，49，32）

        3个矩阵，即q,k,v三个矩阵，每个矩阵有64个窗口，heads为3，窗口大小7*7=49（即每个窗口有49个token），每个head特征96/3=32

window_reverse

        通过得到的attention计算得到新的特征（64，49，96），总共64个窗口，每个窗口7*7的大小，每个点对应96维向量，window_reverse就是通过reshape操作还原回去（56，56，96）

SW-MSA（Shifted Window） 

        为什么要shift？原来的window都是算自己内部的，这样就会导致只有内部计算，没有它们之间的关系，容易上模型局限在自己的小领地，可以通过shift操作来改善。

        例如：假设我们有8个窗口，分别为1,2,3,4,5,6,7,8

        两两一组合并，第一次（1,2），（3,4），（5,6），（7,8）

        第二次，滑动窗口，假设为strides=1,为（2,3），（4,5），（6,7），（8,1）

        依次滑动

位移中的细节

        位移就是像素点移动了一下位置 ：

        窗口移动后，带来了计算量的问题，例如原来4个，现在9个了，计算量怎么解决呢? 

         

 

首先得到新窗口，并对其做位移操作

 

        在计算时，只需要计算自己窗口的，其他的都都是无关的，比如说对于7,1，我们只取对角线上自己需要的结果，其他部分全部mask掉，让其值为负无穷即可，最后再经过softmax操作，输出结果同样为（56，56，96），计算完特征后需要对图像进行还原，也就是还原平移

 PatchMerging

下采样操作，但是不同于池化，这个相当于间接的 （对H和W维度进行间隔采样后拼接在一起，得到H/2,W/2,C*4）

 

 

分层计算 

        一次下采样后（3136->784也就是56*56->28*28），继续走这两个模块，也就是各个stage的流程，最后根据任务来选择合适的head层即可（分类，分割，检测等）