一、本文介绍
本文记录的是将ConvNeXt V2应用到YOLOv11中的改进方法研究。本文将ConvNeXt V2应用于YOLOv11，一方面利用全卷积掩码自动编码器在训练时优化特征学习，减少模型对大规模标注数据的依赖；另一方面，通过全局响应归一化层增强特征竞争，缓解特征坍塌问题，提高特征多样性。
本文在YOLOv11的基础上配置了原论文中convnextv2_atto', 'convnextv2_femto, convnextv2_pico, convnextv2_nano, convnextv2_tiny, convnextv2_base, convnextv2_large, convnextv2_huge八种模型，以满足不同的需求。
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二、ConvNeXt V2介绍
ConvNeXt V2: Co-designing and Scaling ConvNets with Masked Autoencoders
ConvNeXt V2是一种全新的ConvNet模型家族，旨在提升纯卷积神经网络在各类下游任务中的性能。它在模型结构设计上有独特的出发点，结构原理涉及多个创新组件，并且在性能上展现出显著优势。
2.1 设计出发点
- 架构与自监督学习结合的挑战：视觉识别领域中，神经网络架构和自监督学习框架对模型性能至关重要。将ConvNeXt与掩码自动编码器（MAE）结合时存在挑战，MAE的编解码器设计针对Transformer的序列处理能力优化，与使用密集滑动窗口的标准ConvNets不兼容。直接将两者结合，未考虑架构与训练目标的关系，难以达到最优性能。先前研究也表明，用基于掩码的自监督学习训练ConvNets存在困难。
- 特征坍塌问题：对ConvNeXt进行特征空间分析时发现，直接在掩码输入上训练ConvNeXt，MLP层存在特征坍塌现象，即许多特征图处于死亡或饱和状态，通道间激活冗余，这影响了模型的性能。
2.2 结构原理
- 全卷积掩码自动编码器（FCMAE）：采用随机掩码策略，掩码率为0.6，在最后阶段生成掩码并递归上采样到最高分辨率。使用ConvNeXt模型作为编码器，从“稀疏数据视角”出发，将标准卷积层转换为子流形稀疏卷积，使模型仅对可见数据点操作，解决掩码图像建模中信息泄漏问题。解码器采用轻量级的ConvNeXt块，整体形成非对称编解码器架构。计算重建图像与目标图像的均方误差（MSE），仅在掩码区域应用损失。
- 全局响应归一化（GRN）：为解决特征坍塌问题提出GRN层。该层通过全局特征聚合、特征归一化和特征校准三个步骤，增强通道间的特征竞争。
具体来说，先使用L2范数进行全局特征聚合，再通过除法归一化计算通道的相对重要性，最后校准原始输入响应。将GRN层融入ConvNeXt块，并去除LayerScale，形成ConvNeXt V2模型家族。
2.3 优势
- 性能提升显著：在ImageNet分类、COCO检测和ADE20K分割等多种下游任务中，ConvNeXt V2模型性能相比ConvNeXt V1有显著提升。
- 有效缓解特征坍塌：通过可视化和余弦距离分析可知，ConvNeXt V2有效缓解了特征坍塌问题，各层的余弦距离值较高，表明特征多样性得以保持，学习行为与MAE预训练的ViT模型相似。
- 模型扩展性强：评估了从低容量的
3.7M Atto模型到高容量的650M Huge模型等一系列不同尺寸的模型，结果表明模型具有良好的扩展性，在所有模型尺寸上，微调结果均优于完全监督的对应模型，首次在广泛的模型范围内展示了掩码图像建模的有效性和高效性。
论文：https://arxiv.org/pdf/2301.00808
源码：https://github.com/facebookresearch/ConvNeXt-V2
三、实现代码及YOLOv11修改步骤
模块完整介绍、个人总结、实现代码、模块改进、二次创新以及各模型添加步骤参考如下地址：
