YOLOv8改进 | 注意力篇 | YOLOv8引入CBAM注意力机制

本文主要是介绍YOLOv8改进 | 注意力篇 | YOLOv8引入CBAM注意力机制，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

1.CBAM介绍

摘要：我们提出了卷积块注意力模块（CBAM），这是一种用于前馈卷积神经网络的简单而有效的注意力模块。给定中间特征图，我们的模块沿着两个独立的维度（通道和空间）顺序推断注意力图，然后将注意力图乘以输入特征图以进行自适应特征细化。由于 CBAM 是一个轻量级通用模块，因此它可以无缝集成到任何 CNN 架构中，且开销可以忽略不计，并且可以与基础 CNN 一起进行端到端训练。我们通过在 ImageNet-1K、MS COCO 检测和 VOC 2007 检测数据集上进行大量实验来验证我们的 CBAM。我们的实验表明各种模型的分类和检测性能得到了一致的改进，证明了 CBAM 的广泛适用性。代码和模型将公开。

官方论文地址：CBAM论文

官方代码地址：CBAM代码

简单介绍:CBAM的主要思想是通过关注重要的特征并抑制不必要的特征来增强网络的表示能力。模块首先应用通道注意力，关注"重要的"特征，然后应用空间注意力，关注这些特征的"重要位置"。通过这种方式，CBAM有效地帮助网络聚焦于图像中的关键信息，提高了特征的表示力度，下图为其原理结构图。

2.核心代码

import torch
import torch.nn as nnclass ChannelAttention(nn.Module):"""Channel-attention module https://github.com/open-mmlab/mmdetection/tree/v3.0.0rc1/configs/rtmdet."""def __init__(self, channels: int) -> None:"""Initializes the class and sets the basic configurations and instance variables required."""super().__init__()self.pool = nn.AdaptiveAvgPool2d(1)self.fc = nn.Conv2d(channels, channels, 1, 1, 0, bias=True)self.act = nn.Sigmoid()def forward(self, x: torch.Tensor) -> torch.Tensor:"""Applies forward pass using activation on convolutions of the input, optionally using batch normalization."""return x * self.act(self.fc(self.pool(x)))class SpatialAttention(nn.Module):"""Spatial-attention module."""def __init__(self, kernel_size=7):"""Initialize Spatial-attention module with kernel size argument."""super().__init__()assert kernel_size in (3, 7), "kernel size must be 3 or 7"padding = 3 if kernel_size == 7 else 1self.cv1 = nn.Conv2d(2, 1, kernel_size, padding=padding, bias=False)self.act = nn.Sigmoid()def forward(self, x):"""Apply channel and spatial attention on input for feature recalibration."""return x * self.act(self.cv1(torch.cat([torch.mean(x, 1, keepdim=True), torch.max(x, 1, keepdim=True)[0]], 1)))class CBAM(nn.Module):"""Convolutional Block Attention Module."""def __init__(self, c1, kernel_size=7):"""Initialize CBAM with given input channel (c1) and kernel size."""super().__init__()self.channel_attention = ChannelAttention(c1)self.spatial_attention = SpatialAttention(kernel_size)def forward(self, x):"""Applies the forward pass through C1 module."""return self.spatial_attention(self.channel_attention(x))

3.YOLOv8中添加CBAM方式

3.1 在ultralytics/nn下新建Extramodule

3.2 在Extramodule里创建CBAM

在CBAM.py文件里添加给出的CBAM代码

添加完CBAM代码后，在ultralytics/nn/Extramodule/__init__.py文件中引用

3.3 在task.py里引用

在ultralytics/nn/tasks.py文件里引用Extramodule

在task.py找到parse_model（ctrl+f可以直接搜索parse_model位置）

添加如下代码：

        elif m in {CBAM}:c2 = ch[f]args = [c2, *args]

4.新建一个yolov8CBAM.yaml文件

# Ultralytics YOLO 🚀, AGPL-3.0 license
# YOLOv8 object detection model with P3-P5 outputs. For Usage examples see https://docs.ultralytics.com/tasks/detect# Parameters
nc: 2 # number of classes
scales: # model compound scaling constants, i.e. 'model=yolov8n.yaml' will call yolov8.yaml with scale 'n'# [depth, width, max_channels]n: [0.33, 0.25, 1024] # YOLOv8n summary: 225 layers,  3157200 parameters,  3157184 gradients,   8.9 GFLOPss: [0.33, 0.50, 1024] # YOLOv8s summary: 225 layers, 11166560 parameters, 11166544 gradients,  28.8 GFLOPsm: [0.67, 0.75, 768] # YOLOv8m summary: 295 layers, 25902640 parameters, 25902624 gradients,  79.3 GFLOPsl: [1.00, 1.00, 512] # YOLOv8l summary: 365 layers, 43691520 parameters, 43691504 gradients, 165.7 GFLOPsx: [1.00, 1.25, 512] # YOLOv8x summary: 365 layers, 68229648 parameters, 68229632 gradients, 258.5 GFLOPs# YOLOv8.0n backbone
backbone:# [from, repeats, module, args]- [-1, 1, Conv, [64, 3, 2]] # 0-P1/2- [-1, 1, Conv, [128, 3, 2]] # 1-P2/4- [-1, 3, C2f, [128, True]]- [-1, 1, Conv, [256, 3, 2]] # 3-P3/8- [-1, 6, C2f, [256, True]]- [-1, 1, Conv, [512, 3, 2]] # 5-P4/16- [-1, 6, C2f, [512, True]]- [-1, 1, Conv, [1024, 3, 2]] # 7-P5/32- [-1, 3, C2f, [1024, True]]- [-1, 1, SPPF, [1024, 5]] # 9# YOLOv8.0n head
head:- [-1, 1, nn.Upsample, [None, 2, "nearest"]]- [[-1, 6], 1, Concat, [1]] # cat backbone P4- [-1, 3, C2f, [512]] # 12- [-1, 1, nn.Upsample, [None, 2, "nearest"]]- [[-1, 4], 1, Concat, [1]] # cat backbone P3- [-1, 3, C2f, [256]] # 15 (P3/8-small)- [-1, 1, CBAM, []]- [-1, 1, Conv, [256, 3, 2]]- [[-1, 12], 1, Concat, [1]] # cat head P4- [-1, 3, C2f, [512]] # 18 (P4/16-medium)- [-1, 1, CBAM, []]- [-1, 1, Conv, [512, 3, 2]]- [[-1, 9], 1, Concat, [1]] # cat head P5- [-1, 3, C2f, [1024]] # 21 (P5/32-large)- [-1, 1, CBAM, []]- [[15, 19, 24], 1, Detect, [nc]] # Detect(P3, P4, P5)

大家根据自己的数据集实际情况，修改nc大小。

5.模型训练

import warnings
warnings.filterwarnings('ignore')
from ultralytics import YOLOif __name__ == '__main__':model = YOLO(r'E:\csdn\ultralytics-main\datasets\yolov8CBAM.yaml')model.train(data=r'E:\csdn\ultralytics-main\datasets\data.yaml',cache=False,imgsz=640,epochs=100,single_cls=False,  # 是否是单类别检测batch=16,close_mosaic=10,workers=0,device='0',optimizer='SGD',amp=True,project='runs/train',name='exp',)

模型结构打印，成功运行：