SENet-通道注意力筆記

• • 簡(jiǎn)介
  • • • • 意義
        • 目的：
        • 主要操作
  • 算法流程圖
  • • 過程
    • • • • 第一步、
          • 第二步、
          • 第三步、
          • 第四步、
  • SE模塊的結(jié)構(gòu)圖
  • 實(shí)現(xiàn)代碼
  • 最后

簡(jiǎn)介

SENet是2017年ImageNet比賽的冠軍，2018年CVPR引用量第一。論文鏈接:SENet

意義

較早的將attention引入到CNN中，模塊化化設(shè)計(jì)。

目的：

SE模塊的目的是想通過一個(gè)權(quán)重矩陣，從通道域的角度賦予圖像不同位置不同的權(quán)重，得到更重要的特征信息。

主要操作

SE模塊的主要操作：擠壓（Squeeze)、激勵(lì)（Excitation）

算法流程圖

通過一系列操作得到一個(gè)$1?1?C$的權(quán)重矩陣，對(duì)原特征進(jìn)行重構(gòu)（不同顏色表示不同的數(shù)值，用來衡量通道的重要性）

過程

第一步、

Transformation $(F{}_t{}_r)$:給定一個(gè)input特征圖$X$，讓其經(jīng)過$F{}_t{}_r$操作生成特征圖$U$。
注意：在常用的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中Transformation操作一般為一個(gè)卷積操作。我們通常在聊SE注意力時(shí)通常不包含這一步。

第二步、

Squeeze$(F{}_s{}_q(?))$::這一步將特征圖進(jìn)行全局平均池化,生成一個(gè)$1?1?C$的向量，這樣每個(gè)通道讓一個(gè)數(shù)值表示。
注釋：對(duì)$U$實(shí)現(xiàn)全局低維嵌入，相當(dāng)于一個(gè)數(shù)值擁有該通道的全局感受野。
公式：

此外：論文中給出了使用平均池化與最大池化的實(shí)驗(yàn)對(duì)比。

第三步、

Excitation$(F{}_e{}_x)$:這一步通過兩層全連接層完成，通過權(quán)重W生成我們我所要的權(quán)重信息，其中W是通過學(xué)習(xí)得到的，用來顯示的建模我們我需要的特征相關(guān)性。

通過兩個(gè)全連接層$W{}_1$ ,$W{}_2$對(duì)上一步得到的向量$z$進(jìn)行處理，得到我們想要的通道權(quán)重值$s$,經(jīng)過兩層全連接層后，s中不同的數(shù)值表示不同通道的權(quán)重信息，賦予通道不同的權(quán)重。
注意：兩層全連接層之間存在一個(gè)超參數(shù)$R$, 向量$z$ $(1?1?C)$經(jīng)過第一層全連接層后維度由
$(1?1?C)$變?yōu)?span id="ozvdkddzhkzd" class="katex--inline">$(1?1?C/R)$,再經(jīng)過第二層全連接層為度由$(1?1?C/R)$變?yōu)?span id="ozvdkddzhkzd" class="katex--inline">$(1?1?C)$。第一層全連接層的激活函數(shù)為ReLU，第二層全連接層的激活函數(shù)為Sigmoid。

第四步、

Scale$(F{}_{scale})$:由算法流程圖可以看出，第四步的操作是將第三步生成權(quán)重向量$s$對(duì)特征圖$U$進(jìn)行權(quán)重賦值,得到我們想要的特征圖$\tilde{X}$，其尺寸大小與特征圖$U$完全一樣，SE模塊不改變特征圖的小大。

通過生成的特征向量$s$（$1?1?C$）與特征圖$U$($H?W?C$)，對(duì)應(yīng)通道相乘，即特征圖$U$中每個(gè)通道的$H?W$個(gè)數(shù)值都乘$s$中對(duì)應(yīng)通道的權(quán)值。

SE模塊的結(jié)構(gòu)圖

SE模塊是一個(gè)即插即用的模塊，在上圖中左邊是在一個(gè)卷積模塊之后直接插入SE模塊，右邊是在ResNet結(jié)構(gòu)中添加了SE模塊。

實(shí)現(xiàn)代碼

import torch.nn as nnclass SEModel(nn.Module):def __init__(self, channel, reduction=16):super(SEModel, self).__init__()self.avg_pool = nn.AdaptiveAvgPool2d(1)self.fc = nn.Sequential(nn.Linear(channel, channel // reduction, bias=False),nn.ReLU(),nn.Linear(channel // reduction, channel, bias=False),nn.Sigmoid())def forward(self, x):b, c, _, _ = x.size()y = self.avg_pool(x).view(b, c)y = self.fc(y).view(b, c, 1, 1)return x * y.expand_as(x)

網(wǎng)上有較多的公開代碼，都可以進(jìn)行參考。

最后

SE模塊在使用時(shí)如何選擇添加的位置是值得考慮的問題，如何實(shí)現(xiàn)最大化的提升。
MobileNetV3中使用了SE模塊，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)搜索進(jìn)行了最優(yōu)位置選擇，值得思考與學(xué)習(xí)。

如有錯(cuò)誤，望大家指正。B站上有很多大佬的講解視頻，喜歡視頻講解的可以看一下。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的SE注意力机制的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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