RT-DETR改进策略【Backbone/主干网络】| 替换骨干网络为2023-CVPR ConvNeXt V2 (附网络详解和完整配置步骤)

简介: RT-DETR改进策略【Backbone/主干网络】| 替换骨干网络为2023-CVPR ConvNeXt V2 (附网络详解和完整配置步骤)

一、本文介绍

本文记录的是将ConvNeXt V2应用到RT-DETR中的改进方法研究。本文将ConvNeXt V2应用于RT-DETR,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RT-DETR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。


专栏目录:RT-DETR改进目录一览 | 涉及卷积层、轻量化、注意力、损失函数、Backbone、SPPF、Neck、检测头等全方位改进
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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。

在这里插入图片描述

  • 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。

在这里插入图片描述

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RT-DETR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/145279024

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