YOLOv5改进 | 主干篇 | 利用SENetV2改进网络结构 (全网首发改进)

发布时间：2023年12月28日

?一、本文介绍

本文给大家带来的改进机制是SENetV2，其是2023.11月的最新机制(所以大家想要发论文的可以在上面下点功夫)，其是一种通过调整卷积网络中的通道关系来提升性能的网络结构。SENet并不是一个独立的网络模型，而是一个可以和现有的任何一个模型相结合的模块(可以看作是一种通道型的注意力机制但是相对于SENetV1来说V2又在全局的角度进行了考虑)。在SENet中，所谓的挤压和激励（Squeeze-and-Excitation）操作是作为一个单元添加到传统的卷积网络结构中，如残差单元中(后面我会把修改好的残差单元给大家大家直接复制粘贴即可使用)亲测大中小三中目标检测上都有一定程度的涨点效果。

推荐指数：?????

涨点效果：?????

专栏回顾：YOLOv5改进专栏——持续复现各种顶会内容——内含100+创新?

训练结果对比图->??

(有效性先用YOLOv8上的实验对比，后期会给大家补上)

?一、本文介绍

?二、SENetV2框架原理

三、SENetV2核心代码

??四、手把手教你添加SENetV2网络结构

修改一

修改二

修改三

修改四

修改五

修改五?

修改六?

修改七

五、SENetV2的yaml文件

六、成功运行记录?

七、本文总结

?二、SENetV2框架原理

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SENetV2介绍了一种改进的SENet架构，该架构通过引入一种称为Squeeze aggregated excitation（SaE）的新模块来提升网络的表征能力。这个模块结合了挤压和激励(SENetV1)操作，通过多分支全连接层增强了网络的全局表示学习。在基准数据集上的实验结果证明了SENetV2模型相较于现有模型在分类精度上的显著提升。这一架构尤其强调在仅略微增加模型参数的情况下，如何有效地提高模型的性能。?

挤压和激励模块大家可以看我发的SENetV1文章里面有介绍。

图中展示了三种不同的神经网络模块对比：

a) ResNeXt模块：采用多分支CNN结构，不同分支的特征图通过卷积操作处理后合并（concatenate），再进行额外的卷积操作。

b) SENet模块：标准卷积操作后，利用全局平均池化来挤压特征，然后通过两个尺寸为1x1的全连接层（FC）和Sigmoid激活函数来获取通道权重，最后对卷积特征进行缩放（Scale）。

c) SENetV2模块：结合了ResNeXt和SENet的特点，采用多分支全连接层（FC）来挤压和激励操作，最后进行特征缩放。

其中SENetV2的设计旨在通过多分支结构进一步提升特征表达的精细度和全局信息的整合能力。

前面我们提到了SaE，就是SENetV2相对于SENetV1的主要改进机制，下面的图片介绍了其内部工作原理。

SENet V2中所提出的SaE（Squeeze-and-Excitation）模块的内部工作机制。挤压输出后，被输入到多分支的全连接（FC）层，然后进行激励过程。分割的输入在最后被传递以恢复其原始形状。这种设计能够让网络更有效地学习到输入数据的不同特征，并且在进行特征转换时考虑到不同通道之间的相互依赖性。?

三、SENetV2核心代码

下面的代码是MSDA的核心代码，我们将其复制导'ultralytics/nn/modules'目录下，在其中创建一个文件，我这里起名为Dilation然后粘贴进去，其余使用方式看章节四。

import torch
import torch.nn as nn
from .conv import Conv
# 定义SE模块
class SELayer(nn.Module):
    def __init__(self, channel, reduction=16):
        super(SELayer, self).__init__()
        self.avg_pool = nn.AdaptiveAvgPool2d(1)
        self.fc = nn.Sequential(
            nn.Linear(channel, channel // reduction, bias=False),
            nn.ReLU(inplace=True),
            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)

# 定义SaE模块
class SELayerV2(nn.Module):
    def __init__(self, in_channel, reduction=32):
        super(SELayerV2, self).__init__()
        assert in_channel>=reduction and in_channel%reduction==0,'invalid in_channel in SaElayer'
        self.reduction = reduction
        self.cardinality=4
        self.avg_pool = nn.AdaptiveAvgPool2d(1)
        #cardinality 1
        self.fc1 = nn.Sequential(
            nn.Linear(in_channel,in_channel//self.reduction, bias=False),
            nn.ReLU(inplace=True)
        )
        # cardinality 2
        self.fc2 = nn.Sequential(
            nn.Linear(in_channel, in_channel // self.reduction, bias=False),
            nn.ReLU(inplace=True)
        )
        # cardinality 3
        self.fc3 = nn.Sequential(
            nn.Linear(in_channel, in_channel // self.reduction, bias=False),
            nn.ReLU(inplace=True)
        )
        # cardinality 4
        self.fc4 = nn.Sequential(
            nn.Linear(in_channel, in_channel // self.reduction, bias=False),
            nn.ReLU(inplace=True)
        )

        self.fc = nn.Sequential(
            nn.Linear(in_channel//self.reduction*self.cardinality, in_channel, bias=False),
            nn.Sigmoid()
        )

    def forward(self, x):
        b, c, _, _ = x.size()
        y = self.avg_pool(x).view(b, c)
        y1 = self.fc1(y)
        y2 = self.fc2(y)
        y3 = self.fc3(y)
        y4 = self.fc4(y)
        y_concate = torch.cat([y1,y2,y3,y4],dim=1)
        y_ex_dim = self.fc(y_concate).view(b,c,1,1)

        return x * y_ex_dim.expand_as(x)



class Bottleneck(nn.Module):
    """Standard bottleneck."""

    def __init__(self, c1, c2, shortcut=True, g=1, k=(3, 3), e=0.5):
        """Initializes a bottleneck module with given input/output channels, shortcut option, group, kernels, and
        expansion.
        """
        super().__init__()
        c_ = int(c2 * e)  # hidden channels
        self.cv1 = Conv(c1, c_, k[0], 1)
        self.cv2 = Conv(c_, c2, k[1], 1, g=g)
        self.SEV2 = SELayerV2(c2)
        self.add = shortcut and c1 == c2

    def forward(self, x):
        """'forward()' applies the YOLO FPN to input data."""
        return x + self.SEV2(self.cv2(self.cv1(x))) if self.add else self.SEV2(self.cv2(self.cv1(x)))


class C2f_SENetV2(nn.Module):
    """Faster Implementation of CSP Bottleneck with 2 convolutions."""

    def __init__(self, c1, c2, n=1, shortcut=False, g=1, e=0.5):
        """Initialize CSP bottleneck layer with two convolutions with arguments ch_in, ch_out, number, shortcut, groups,
        expansion.
        """
        super().__init__()
        self.c = int(c2 * e)  # hidden channels
        self.cv1 = Conv(c1, 2 * self.c, 1, 1)
        self.cv2 = Conv((2 + n) * self.c, c2, 1)  # optional act=FReLU(c2)
        self.m = nn.ModuleList(Bottleneck(self.c, self.c, shortcut, g, k=((3, 3), (3, 3)), e=1.0) for _ in range(n))

    def forward(self, x):
        """Forward pass through C2f layer."""
        y = list(self.cv1(x).chunk(2, 1))
        y.extend(m(y[-1]) for m in self.m)
        return self.cv2(torch.cat(y, 1))

    def forward_split(self, x):
        """Forward pass using split() instead of chunk()."""
        y = list(self.cv1(x).split((self.c, self.c), 1))
        y.extend(m(y[-1]) for m in self.m)
        return self.cv2(torch.cat(y, 1))


# import ipdb
#
# se_v2 = SaELayer(64)
# # 示例输入
# input = torch.randn(3, 64, 224, 224)
# output = se_v2(input)
#
# print(output.shape)#torch.Size([3, 64, 224, 224])

四、手把手教你添加SENetV2网络结构

4.1 细节修改教程

4.1.1 修改一

我们找到如下的目录'yolov5-master/models'在这个目录下创建一个文件目录(注意是目录，因为我这个专栏会出很多的更新，这里用一种一劳永逸的方法)文件目录起名modules，然后在下面新建一个文件，将我们的代码复制粘贴进去。

?4.1.2 修改二

然后新建一个__init__.py文件，然后我们在里面添加一行代码。注意标记一个'.'其作用是标记当前目录。

4.1.3 修改三?

然后我们找到如下文件''models/yolo.py''在开头的地方导入我们的模块按照如下修改->

(如果你看了我多个改进机制此处只需要添加一个即可，无需重复添加)

????

4.1.4 修改四

然后我们找到parse_model方法，按照如下修改->

到此就修改完成了，复制下面的ymal文件即可运行。

4.2 SENetV2的yaml文件

4.2.1 SENetV2的yaml文件一

下面的配置文件为我修改的SENetV2的位置，参数的位置里面什么都不用添加空着就行，大家复制粘贴我的就可以运行，同时我提供多个版本给大家，根据我的经验可能涨点的位置。

# YOLOv5 🚀 by Ultralytics, AGPL-3.0 license

# Parameters
nc: 80  # number of classes
depth_multiple: 0.33  # model depth multiple
width_multiple: 0.25  # 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_SENetV2, [256, False]],  # 17 (P3/8-small)

   [-1, 1, Conv, [256, 3, 2]],
   [[-1, 14], 1, Concat, [1]],  # cat head P4
   [-1, 3, C3_SENetV2, [512, False]],  # 20 (P4/16-medium)

   [-1, 1, Conv, [512, 3, 2]],
   [[-1, 10], 1, Concat, [1]],  # cat head P5
   [-1, 3, C3_SENetV2, [1024, False]],  # 23 (P5/32-large)

   [[17, 20, 23], 1, Detect, [nc, anchors]],  # Detect(P3, P4, P5)
  ]

4.2.2 SENetV2的yaml文件二

# YOLOv5 🚀 by Ultralytics, AGPL-3.0 license

# Parameters
nc: 80  # number of classes
depth_multiple: 0.33  # model depth multiple
width_multiple: 0.25  # 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_SENetV2, [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_SENetV2, [256, False]],  # 17 (P3/8-small)

   [-1, 1, Conv, [256, 3, 2]],
   [[-1, 14], 1, Concat, [1]],  # cat head P4
   [-1, 3, C3_SENetV2, [512, False]],  # 20 (P4/16-medium)

   [-1, 1, Conv, [512, 3, 2]],
   [[-1, 10], 1, Concat, [1]],  # cat head P5
   [-1, 3, C3_SENetV2, [1024, False]],  # 23 (P5/32-large)

   [[17, 20, 23], 1, Detect, [nc, anchors]],  # Detect(P3, P4, P5)
  ]

4.2.3 SENetV2的yaml文件三

注意此版本的我再大目标，小目标，中目标三个曾的后面添加了一个注意力机制，此版本需要显存较大，可以根据自己的需求增删，如果修改大家要注意修改Detect里面的检测层数。

# YOLOv5 🚀 by Ultralytics, AGPL-3.0 license

# Parameters
nc: 80  # number of classes
depth_multiple: 0.33  # model depth multiple
width_multiple: 0.25  # 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, SELayerV2, []], # 18

   [-1, 1, Conv, [256, 3, 2]],
   [[-1, 14], 1, Concat, [1]],  # cat head P4
   [-1, 3, C3, [512, False]],  # 21 (P4/16-medium)
   [-1, 1, SELayerV2, []], #22

   [-1, 1, Conv, [512, 3, 2]],
   [[-1, 10], 1, Concat, [1]],  # cat head P5
   [-1, 3, C3, [1024, False]],  # 25 (P5/32-large)
   [-1, 1, SELayerV2, []], # 26

   [[18, 22, 26], 1, Detect, [nc, anchors]],  # Detect(P3, P4, P5)
  ]

4.3 SENetV2运行成功截图

附上我的运行记录确保我的教程是可用的。?

4.4 推荐SENetV2可添加的位置?

SENetV2是一种即插即用的可替换注意力机制的模块，其可以添加的位置有很多，添加的位置不同效果也不同，所以我下面推荐几个添加的位，置大家可以进行参考，当然不一定要按照我推荐的地方添加。

残差连接中：在残差网络的残差连接中加入SENetV2。

Neck部分：YOLOv5的Neck部分负责特征融合，这里添加修改后的C3_SENetV2可以帮助模型更有效地融合不同层次的特征。

检测头：可以再检测头前面添加。

检测头中：可以再检测头的内部添加该机制(未提供因为需要修改检测头比较麻烦，后期专栏收费后大家购买专栏之后大家会得到一个包含上百个机制的v5文件里面包含所有的改进机制)

五、本文总结?

到此本文的正式分享内容就结束了，在这里给大家推荐我的YOLOv5改进有效涨点专栏，本专栏目前为新开的平均质量分98分，后期我会根据各种最新的前沿顶会进行论文复现，也会对一些老的改进机制进行补充，目前本专栏免费阅读(暂时，大家尽早关注不迷路~)，如果大家觉得本文帮助到你了，订阅本专栏，关注后续更多的更新~

?专栏回顾：YOLOv5改进专栏——持续复现各种顶会内容——内含100+创新

文章来源:https://blog.csdn.net/java1314777/article/details/135228895
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