YOLOv5 、YOLOv8改进 ：SimAM：无参数的注意力机制

 在本文中，我们提出了一个用于卷积神经网络的概念简单但非常有效的注意模块。与现有的通道关注模块和空间关注模块相比，我们的模块无需向原始网络添加参数，而是在一层中推断特征图的3-D关注权重。具体来说，我们基于一些著名的神经科学理论，提出优化一个能量函数来发现每个神经元的重要性。我们进一步推导出能量函数的快速封闭形式的解，并表明该解可以在不到十行代码中实现。该模块的另一个优点是，大多数算子是根据定义的能量函数的解来选择的，避免了在结构调整上花费太多精力。通过对各种视觉任务的定量评估，证明了该模块的灵活性和有效性，提高了许多ConvNets的表达能力。

1. 通道注意力：1D注意力，它对不同通道区别对待，对所有位置同等对待；
2. 空间注意力：2D注意力，它对不同位置区别对待，对所有通道同等对待。

 

 这可能会限制他们学习更多辨别线索的能力。因此三维权重优于传统的一维和二维权重注意力

已有研究BAM、CBAM分别将空间注意力与通道注意力进行并行或串行组合。然而，人脑的两种注意力往往是协同工作，因此，我们提出了统一权值的注意力模块。为更好的实现注意力，我们需要评估每个神经元的重要性。在神经科学中，信息丰富的神经元通常表现出与周围神经元不同的放电模式。而且，激活神经元通常会抑制周围神经元，即空域抑制。换句话说，具有空域抑制效应的神经元应当赋予更高的重要性。最简单的寻找重要神经元的方法：度量神经元之间的线性可分性

 

代码复现

common加入

class SimAM(torch.nn.Module):
    def __init__(self, channels = None, e_lambda = 1e-4):
        super(SimAM, self).__init__()

        self.activaton = nn.Sigmoid()
        self.e_lambda = e_lambda

    def __repr__(self):
        s = self.__class__.__name__ + '('
        s += ('lambda=%f)' % self.e_lambda)
        return s

    @staticmethod
    def get_module_name():
        return "simam"

    def forward(self, x):

        b, c, h, w = x.size()
        
        n = w * h - 1

        x_minus_mu_square = (x - x.mean(dim=[2,3], keepdim=True)).pow(2)
        y = x_minus_mu_square / (4 * (x_minus_mu_square.sum(dim=[2,3], keepdim=True) / n + self.e_lambda)) + 0.5

        return x * self.activaton(y)

yolo.py中注册

elif m in [SimAM]:
            c1, c2 = ch[f], args[0]

 yolov5s为例

yaml文件配置如下

# YOLOv5  by YOLOAir, GPL-3.0 license

# Parameters
nc: 80  # number of classes
depth_multiple: 0.33  # model depth multiple
width_multiple: 0.50  # layer channel multiple
anchors:
  - [10,13, 16,30, 33,23]  # P3/8
  - [30,61, 62,45, 59,119]  # P4/16
  - [116,90, 156,198, 373,326]  # P5/32

# YOLOv5 v6.0 backbone
backbone:
  # [from, number, module, args]
  [[-1, 1, Conv, [64, 6, 2, 2]],  # 0-P1/2
   [-1, 1, Conv, [128, 3, 2]],  # 1-P2/4
   [-1, 3, C3, [128]],
   [-1, 1, Conv, [256, 3, 2]],  # 3-P3/8
   [-1, 6, C3, [256]],
   [-1, 1, Conv, [512, 3, 2]],  # 5-P4/16
   [-1, 9, C3, [512]],
   [-1, 1, Conv, [1024, 3, 2]],  # 7-P5/32
   [-1, 3, C3, [1024]],
   [-1, 1, SPPF, [1024, 5]],  # 9
  ]

# YOLOv5 v6.0 head
head:
  [[-1, 1, Conv, [512, 1, 1]],
   [-1, 1, nn.Upsample, [None, 2, 'nearest']],
   [[-1, 6], 1, Concat, [1]],  # cat backbone P4
   [-1, 3, C3, [512, False]],  # 13

   [-1, 1, Conv, [256, 1, 1]],
   [-1, 1, nn.Upsample, [None, 2, 'nearest']],
   [[-1, 4], 1, Concat, [1]],  # cat backbone P3
   [-1, 3, C3, [256, False]],  # 17 (P3/8-small)

   [-1, 1, Conv, [256, 3, 2]],
   [[-1, 14], 1, Concat, [1]],  # cat head P4
   [-1, 3, C3, [512, False]],  # 20 (P4/16-medium)

   [-1, 1, Conv, [512, 3, 2]],
   [[-1, 10], 1, Concat, [1]],  # cat head P5
   [-1, 3, C3, [1024, False]],  # 23 (P5/32-large)
   [-1, 1, SimAM, [1024]],

   [[17, 20, 24], 1, Detect, [nc, anchors]],  # Detect(P3, P4, P5)
  ]