论文阅读笔记 - CBAM: Convolutional Block Attention Module

论文阅读笔记 - CBAM: Convolutional Block Attention Module

  • 摘要
  • 简介
  • 研究现状
    • 网络设计
    • attention 机制
      • Residual Attention Network
      • Squeeze-and-Excitation
  • CBAM
    • channel attention module
    • spatial attention module
  • 使用方法
  • 代码实现
    • channel attention
    • spatial attention
    • fusion
  • 参考

论文原文 https://arxiv.org/abs/1807.06521

摘要

文章提出卷积块注意力模块,对于前馈神经网络来说,这是一个简单然而有效的注意力模型。给定一个中间层的特征图,CABM可以推断出一个空间维度上和通道维度上的注意力图,将注意力图与原特征图相乘得到改进后的特征图。CBAM是一个轻量的通用的模型,它可以运用到任何CNN里面,和CNN一起端到端地训练,只有一些微不足道的参数支出

简介

为了改进CNN的表现力,研究人员研究网络的3个重要因素:深度,宽度,基数。
从LeNet到ResNet,CNN变得越来越深,表现力也越来越强。VGG说明堆叠相同形状的块会得到不错的结果。和VGG类似,ResNet堆叠残差块来建立一个非常深的结构。GoogleNet说明卷积核的宽度也是提升模型效果的一个重要因素。有人在ResNet上作了实验,发现通过增加卷积核的宽度,28层的ResNet比没有增加宽度的1001层网络还要好(在cifar数据集,图像分类任务中)。有人提出了增加网络的基数,通过经验发现,增加网络的基数可以节省参数,而且相对于增加宽度和深度,增加网络的基数可以带来更好的表现力。
除了这些因素,attention也会影响模型的效果,attention可以告诉我们集中关注那些地方。我们的目标是利用attention机制去提高模型的表现力,关注重要的特征,抑制不重要的特征。文章提出了一种新的模型,Convolutional Block Attention Module,卷积块注意力模型。由于卷积操作是通过混合不同通道上,空间上的信息来提取信息特征,我们的模型在空间和通道维度上加重有用的信息,抑制无用的信息。文章模型的两个分支,channel-wize attention 学习 ‘what’,spatial-wize attention 学习’where‘。通过可视化方法Grad-CAM发现,使用了CBAM的模型可以可好的把关注点集中在目标物体上。我们推测性能的提升来源于更精确的attention和不相关类别之间的噪声的抑制
论文阅读笔记 - CBAM: Convolutional Block Attention Module_第1张图片

研究现状

网络设计

网络设计是很重要的,网络设计的越好,模型的效果越好。那么怎么去设计网络呢?一个简单的方式就是增加模型的深度,但是简单增加模型的深度会使得模型饱和,这是由于梯度回传造成的。Resnet通过使用残差连接改善了梯度回传问题,网络可以更深了,后面基于resnet又发展了许多模型,这里略过。

attention 机制

前人提出了许多attention 方式,比如

Residual Attention Network

https://arxiv.org/abs/1704.06904
论文阅读笔记 - CBAM: Convolutional Block Attention Module_第2张图片

Squeeze-and-Excitation

https://arxiv.org/abs/1709.01507
论文阅读笔记 - CBAM: Convolutional Block Attention Module_第3张图片

CBAM

channel attention module

论文阅读笔记 - CBAM: Convolutional Block Attention Module_第4张图片
channel attention model 利用channels 之间的联系来寻找哪些channels 是更有意义的。

spatial attention module

论文阅读笔记 - CBAM: Convolutional Block Attention Module_第5张图片

使用方法

夹在两层CNN之间。
论文阅读笔记 - CBAM: Convolutional Block Attention Module_第6张图片

代码实现

channel attention

class ChannelAttention(nn.Module):
    def __init__(self, in_planes, ratio=16):
        super(ChannelAttention, self).__init__()
        self.avg_pool = nn.AdaptiveAvgPool2d(1)
        self.max_pool = nn.AdaptiveMaxPool2d(1)

        self.fc1   = nn.Conv2d(in_planes, in_planes // 16, 1, bias=False)
        self.relu1 = nn.ReLU()
        self.fc2   = nn.Conv2d(in_planes // 16, in_planes, 1, bias=False)

        self.sigmoid = nn.Sigmoid()

    def forward(self, x):
        avg_out = self.fc2(self.relu1(self.fc1(self.avg_pool(x))))
        max_out = self.fc2(self.relu1(self.fc1(self.max_pool(x))))
        out = avg_out + max_out
        return self.sigmoid(out)

spatial attention

class SpatialAttention(nn.Module):
    def __init__(self, kernel_size=7):
        super(SpatialAttention, self).__init__()

        assert kernel_size in (3, 7), 'kernel size must be 3 or 7'
        padding = 3 if kernel_size == 7 else 1

        self.conv1 = nn.Conv2d(2, 1, kernel_size, padding=padding, bias=False)
        self.sigmoid = nn.Sigmoid()

    def forward(self, x):
        avg_out = torch.mean(x, dim=1, keepdim=True)
        max_out, _ = torch.max(x, dim=1, keepdim=True)
        x = torch.cat([avg_out, max_out], dim=1)
        x = self.conv1(x)
        return self.sigmoid(x)

fusion

class BasicBlock(nn.Module):
    expansion = 1

    def __init__(self, inplanes, planes, stride=1, downsample=None):
        super(BasicBlock, self).__init__()
        self.conv1 = conv3x3(inplanes, planes, stride)
        self.bn1 = nn.BatchNorm2d(planes)
        self.relu = nn.ReLU(inplace=True)
        self.conv2 = conv3x3(planes, planes)
        self.bn2 = nn.BatchNorm2d(planes)

        self.ca = ChannelAttention(planes)
        self.sa = SpatialAttention()

        self.downsample = downsample
        self.stride = stride

    def forward(self, x):
        residual = x

        out = self.conv1(x)
        out = self.bn1(out)
        out = self.relu(out)

        out = self.conv2(out)
        out = self.bn2(out)

        out = self.ca(out) * out # 广播机制
        out = self.sa(out) * out # 广播机制

        if self.downsample is not None:
            residual = self.downsample(x)

        out += residual
        out = self.relu(out)

        return out

参考

https://github.com/luuuyi/CBAM.PyTorch/blob/master/model/resnet_cbam.py

你可能感兴趣的:(深度学习,深度学习)