YOLOv9独家原创改进|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 Tensor
    def __init__(self, inc, ouc, dimension=1):
        super().__init__()
        self.d = dimension
        self.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)
  ]