一、本文介绍

本文记录的是利用DAT可变形注意力模块优化YOLOv11的目标检测网络模型。DAT全称为Deformable Attention Transformer，其作用在于通过可变形自注意力机制，同时包含了数据依赖的注意力模式，克服了常见注意力方法存在的内存计算成本高、受无关区域影响以及数据不可知等问题。相比一些只提供固定注意力模式的方法，能更好地聚焦于相关区域并捕捉更有信息的特征。

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二、Deformable Attention Transformer介绍

Vision Transformer with Deformable Attention

2.1 出发点

• 解决现有注意力机制的问题
  • 现有的Vision Transformers存在使用密集注意力导致内存和计算成本过高，特征可能受无关区域影响的问题。
  • Swin Transformer采用的稀疏注意力是数据不可知的，可能限制对长距离关系建模的能力。
• 借鉴可变形卷积网络（DCN）的思想
  • DCN在CNN中通过学习可变形感受野，能在数据依赖的基础上选择性地关注更有信息的区域，取得了很好的效果，启发了在Vision Transformers中探索可变形注意力模式。

2.2 原理

• 数据依赖的注意力模式
  • 通过一个偏移网络（offset network）根据输入的查询特征（query features）学习到参考点（reference points）的偏移量（offsets），从而确定在特征图中需要关注的重要区域。
  • 这种方式使得注意力模块能够以数据依赖的方式聚焦于相关区域，避免了对无关区域的关注，同时也克服了手工设计的稀疏注意力模式可能丢失相关信息的问题。

2.3 结构

2.3.1 参考点生成

• 首先在特征图上生成均匀网格的参考点$p \in \mathbb{R}^{H{G} ×W{G} ×2}$，网格大小是从输入特征图大小按因子$r$下采样得到的，即$H{G}=H / r$，$W{G}=W / r$。参考点的值是线性间隔的2D坐标，并归一化到$[-1, +1]$范围。

  2.3.2 偏移量计算

• 将特征图线性投影得到查询令牌$q=x W{q}$，然后送入一个轻量级的子网$\theta{offset }(\cdot)$生成偏移量$\Delta p=\theta_{offset }(q)$。为了稳定训练过程，会对$\Delta p$的幅度进行缩放。

  2.3.3 特征采样与投影

  • 根据偏移量在变形点的位置对特征进行采样作为键（keys）和值（values），即$\tilde{k}=\tilde{x} W{k}$，$\tilde{v}=\tilde{x} W{v}$，其中$\tilde{x}=\phi(x ; p+\Delta p)$，采样函数$\phi(\cdot ; \cdot)$采用双线性插值。

    2.3.4 注意力计算

  • 对查询$q$和变形后的键$\tilde{k}$进行多头注意力计算，注意力头的输出公式为$z^{(m)}=\sigma\left(q^{(m)} \tilde{k}^{(m) \top} / \sqrt{d}+\phi(\hat{B} ; R)\right) \tilde{v}^{(m)}$，其中还考虑了相对位置偏移$R$和变形点提供的更强大的相对位置偏差$\phi(\hat{B} ; R)$。
    

    2.4 优势

• 灵活性和效率
  • 能够根据输入数据动态地确定关注区域，聚焦于相关信息，避免了对无关区域的计算和关注，提高了模型的效率。
  • 通过学习共享的偏移量，在保持线性空间复杂度的同时，实现了可变形的注意力模式，相比于直接应用DCN机制到注意力模块，大大降低了计算复杂度。
• 性能优势
  • 在多个基准数据集上的实验表明，基于可变形注意力模块构建的Deformable Attention Transformer模型在图像分类、目标检测和语义分割等任务上取得了优于竞争基准模型的结果，如在ImageNet分类任务上，相比Swin Transformer在Top - 1准确率上有显著提升。

论文：https://openaccess.thecvf.com/content/CVPR2022/papers/Xia_Vision_Transformer_With_Deformable_Attention_CVPR_2022_paper.pdf
源码：https://github.com/LeapLabTHU/DAT

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：

https://blog.csdn.net/qq_42591591/article/details/143331440