YOLOv9改进|增加SPD-Conv无卷积步长或池化:用于低分辨率图像和小物体的新 CNN 模块

专栏介绍：YOLOv9改进系列 | 包含深度学习最新创新，主力高效涨点！！！

一、文章摘要

卷积神经网络(CNNs)在计算即使觉任务中如图像分类和目标检测等取得了显著的成功。然而，当图像分辨率较低或物体较小时，它们的性能会灾难性下降。这是由于现有CNN常见的设计体系结构中有缺陷，即使用卷积步长和/或池化层，这导致了细粒度信息的丢失和较低效的特征表示的学习。为此，我们提出了一个名为SPD-Conv的新的CNN构建块来代替每个卷积步长和每个池化层(因此完全消除了它们)。SPD-Conv由一个空间到深度(SPD)层和一个无卷积步长(Conv)层组成，可以应用于大多数CNN体系结构。我们从两个最具代表性的计算即使觉任务:目标检测和图像分类来解释这个新设计。然后，我们将SPD-Conv应用于YOLOv5和ResNet，创建了新的CNN架构，并通过经验证明，我们的方法明显优于最先进的深度学习模型，特别是在处理低分辨率图像和小物体等更困难的任务时。

适用检测目标：通用下采样模块

二、SPD-Conv模块详解

论文地址： https://arxiv.org/pdf/2208.03641v1.pdf

2.1 模块简介

SPD-Conv的主要思想： SPD- conv由一个空间到深度(SPD)层和一个非跨步卷积层组成。SPD组件推广了一种(原始)图像转换技术来对CNN内部和整个CNN的特征映射进行下采样。

总结：一种通过卷积与线性变化实现的新下采样模块。

SPD- conv模块的原理图

三、SPD-Conv模块使用教程

3.1 SPD-Conv模块的代码

class SPDConv(nn.Module):# Changing the dimension of the Tensordef __init__(self, inc, ouc, dimension=1):super().__init__()self.d = dimensionself.conv = Conv(inc * 4, ouc, k=3)def forward(self, x):x = torch.cat([x[..., ::2, ::2], x[..., 1::2, ::2], x[..., ::2, 1::2], x[..., 1::2, 1::2]], 1)x = self.conv(x)return x

3.2 在YOlO v9中的添加教程

阅读YOLOv9添加模块教程或使用下文操作

1. 将YOLOv9工程中models下common.py文件中增加模块的代码。

2. 将YOLOv9工程中models下yolo.py文件中的第718行（可能因版本变化而变化）增加以下代码。

        elif m in (SPDConv,):args = [ch[f], ch[f]]

3.3 运行配置文件

# YOLOv9
# Powered bu https://blog.csdn.net/StopAndGoyyy# parameters
nc: 80  # number of classes
#depth_multiple: 0.33  # model depth multiple
depth_multiple: 1  # model depth multiple
#width_multiple: 0.25  # layer channel multiple
width_multiple: 1  # layer channel multiple
#activation: nn.LeakyReLU(0.1)
#activation: nn.ReLU()# anchors
anchors: 3# YOLOv9 backbone
backbone:[[-1, 1, Silence, []],  # conv down[-1, 1, Conv, [64, 3, 2]],  # 1-P1/2# conv down[-1, 1, Conv, [128, 3, 2]],  # 2-P2/4# elan-1 block[-1, 1, RepNCSPELAN4, [256, 128, 64, 1]],  # 3# avg-conv down[-1, 1, ADown, [256]],  # 4-P3/8# elan-2 block[-1, 1, RepNCSPELAN4, [512, 256, 128, 1]],  # 5# avg-conv down[-1, 1, ADown, [512]],  # 6-P4/16# elan-2 block[-1, 1, RepNCSPELAN4, [512, 512, 256, 1]],  # 7# avg-conv down[-1, 1, SPDConv, []],  # 8-P5/32# elan-2 block[-1, 1, RepNCSPELAN4, [512, 512, 256, 1]],  # 9]# YOLOv9 head
head:[# elan-spp block[-1, 1, SPPELAN, [512, 256]],  # 10# up-concat merge[-1, 1, nn.Upsample, [None, 2, 'nearest']],[[-1, 7], 1, Concat, [1]],  # cat backbone P4# elan-2 block[-1, 1, RepNCSPELAN4, [512, 512, 256, 1]],  # 13# up-concat merge[-1, 1, nn.Upsample, [None, 2, 'nearest']],[[-1, 5], 1, Concat, [1]],  # cat backbone P3# elan-2 block[-1, 1, RepNCSPELAN4, [256, 256, 128, 1]],  # 16 (P3/8-small)# avg-conv-down merge[-1, 1, ADown, [256]],[[-1, 13], 1, Concat, [1]],  # cat head P4# elan-2 block[-1, 1, RepNCSPELAN4, [512, 512, 256, 1]],  # 19 (P4/16-medium)# avg-conv-down merge[-1, 1, ADown, [512]],[[-1, 10], 1, Concat, [1]],  # cat head P5# elan-2 block[-1, 1, RepNCSPELAN4, [512, 512, 256, 1]],  # 22 (P5/32-large)# multi-level reversible auxiliary branch# routing[5, 1, CBLinear, [[256]]], # 23[7, 1, CBLinear, [[256, 512]]], # 24[9, 1, CBLinear, [[256, 512, 512]]], # 25# conv down[0, 1, Conv, [64, 3, 2]],  # 26-P1/2# conv down[-1, 1, Conv, [128, 3, 2]],  # 27-P2/4# elan-1 block[-1, 1, RepNCSPELAN4, [256, 128, 64, 1]],  # 28# avg-conv down fuse[-1, 1, ADown, [256]],  # 29-P3/8[[23, 24, 25, -1], 1, CBFuse, [[0, 0, 0]]], # 30  # elan-2 block[-1, 1, RepNCSPELAN4, [512, 256, 128, 1]],  # 31# avg-conv down fuse[-1, 1, ADown, [512]],  # 32-P4/16[[24, 25, -1], 1, CBFuse, [[1, 1]]], # 33 # elan-2 block[-1, 1, RepNCSPELAN4, [512, 512, 256, 1]],  # 34# avg-conv down fuse[-1, 1, ADown, [512]],  # 35-P5/32[[25, -1], 1, CBFuse, [[2]]], # 36# elan-2 block[-1, 1, RepNCSPELAN4, [512, 512, 256, 1]],  # 37# detection head# detect[[31, 34, 37, 16, 19, 22], 1, DualDDetect, [nc]],  # DualDDetect(A3, A4, A5, P3, P4, P5)]