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内容概要:本文深入探讨了如何将一种新颖高效的多支路线性Transformer网络——MB-TaylorFormer巧妙地融入YOLOv8框架中,以解决目标检测模型面临的两大挑战:如何让模型更好地“看懂”复杂图像内容(特别是在图像退化情况下),以及如何在保证性能的同时有效控制计算复杂度和参数量。MB-TaylorFormer通过泰勒展开近似改进传统的Softmax注意力机制,实现了线性复杂度的注意力机制,并采用多支路和多尺度结构,增强了模型的特征表达能力。文章详细介绍了MB-TaylorFormer的核心原理,包括其独特的线性复杂度注意力机制、卷积相对位置编码、多深度卷积头转置自注意力模块等,并指导读者如何将其作为YOLOv8的高级预处理模块或增强型骨干网络起点进行代码集成与模型配置。 适用人群:具备一定计算机视觉和深度学习基础,特别是对目标检测模型优化感兴趣的科研人员和工程师。 使用场景及目标:①适用于需要在复杂环境下(如雾霾、低光照)进行高效目标检测的应用;②通过融合MB-TaylorFormer,提升YOLOv8在图像去雾、去噪等任务中的性能;③探索多任务协同学习的潜力,如同时执行图像去雾和目标检测任务;④提高模型在特定领域(如交通监控、自动驾驶、医学影像)的实际应用价值和泛化能力。 其他说明:本文不仅提供了详细的理论背景和技术实现步骤,还给出了训练配置与执行的具体方法,包括数据集准备、训练脚本配置、关键参数调整建议等。此外,文章还提出了进阶实战建议,如MB-TaylorFormer的深度调优、训练策略精细化、多尺度训练与推理、模型分析与可视化、硬件部署与效率优化等方面的内容,帮助读者进一步挖掘模型潜力。
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基
于
MB-TaylorFormer
的
YOLOv8
深
度
融
合
:
解
锁
图
像
感
知
与
⾼
效
检
测
的
新
范
式
👋
各
位
AI
领
域
的
探
索
者
、
对
计
算
机
视觉
充
满
热
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伙伴们
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在
追
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⽬
标检
测
模
型
极
致
性
能
的
道
路
上
,
我
们
常常
会
遇
到
两
⼤
挑
战
:
⼀
是
如
何
让
模
型
更
好
地
“
看
懂
”
复
杂
的
图
像
内
容
,
尤
其
是
在
⾯
对
图
像
退
化
(
如
雾霾
、
低
光
照
)
时
;
⼆
是
如
何
在
保
证
性
能
的
同
时
,
有
效
控
制
模
型
的
计
算
复
杂
度
和
参
数

量
。
今
天
,
我
将
带
领
⼤
家
踏
上⼀
段
激
动
⼈
⼼
的
旅
程
,
深
⼊
探
索
如
何
将
⼀
种
新
颖
且
⾼
效
的
多
⽀
路
线
性
Transformer
⽹络
――
MB-TaylorFormer
巧
妙
地
融
⼊
到
我
们
熟
知
的
YOLOv8
框
架
之中
。
传
统
的
卷
积
神
经⽹络
(
CNNs
)
在
局
部
特
征
提
取
⽅
⾯
表
现
卓
越
,
但
其
固
有
的
局
部
感
受
野
特
性
使
其
在
捕捉
图
像
中
的
⻓
距
离
依
赖
关
系
时显
得
⼒
不从
⼼
。
尽
管
Transformer
架构
凭
借
其
强
⼤
的
全
局
注
意
⼒
机
制
解
决
了
⻓
距
离
依
赖
问
题
,
但
其
平
⽅
级
别
的
计
算
复
杂
度
(
$O(N^2)$
,
N
是
序
列
⻓
度
)
在
⾼
分
辨
率
图
像
处
理
中
往
往
成
为
性
能
瓶
颈
,
限
制
了
其
在
实
时
应
⽤
中
的
普
及
。
MB-TaylorFormer
,
作
为⼀
种
为
图
像
去
雾
等
任
务
⽽
设计
的
创
新
架构
,
它
巧
妙
地
结
合
了
多
项
先
进
技
术
:
通过
泰
勒
展
开
近
似
来
改
进
传
统
的
Softmax
注
意
⼒
,
从
⽽
实
现
线
性
复
杂
度
的
注
意
⼒
机
制
;
同
时
,
它
采
⽤
多
⽀
路
和
多
尺
度
结
构
,
使
得
模
型
能
够
同
时
获
取
图
像
的
多
层
次
和
多
尺
度
的
信
息
。
这
种
设计
不仅
在图
像
恢
复
任
务
中
展
现
出
卓
越
的
性
能
,
更
重
要
的
是
,
它
提
供
了⼀
种
⾼
效
捕
获
全
局
上下
⽂
信
息
并
增
强
特
征
表
达
能
⼒
的
通
⽤
⽅
法
。
在
本
篇
教
程
中
,
我
们
将
深
⼊
剖
析
MB-TaylorFormer
的
核
⼼
原
理
,
并
⼿把⼿
地
指
导
你
如
何
将
其
作
为
YOLOv8
的
⾼
级
预
处
理
模
块
或
增
强
型
主
⼲
⽹络
起
点
。
我
们
将
详
细
讲
解
环
境
搭
建
、
代
码
集
成
、
模
型
配
置
等
关
键
步
骤
,
让
你
亲
眼
⻅
证
MB-TaylorFormer
如
何
赋
能
YOLOv8
,
使
其
在
⾯
对
复
杂
视觉
任
务
时
,
不仅
保
持
⾼
效
,
更
能
迸
发
出前
所
未有
的
强
⼤
感
知
和
检
测
能
⼒
!
💪
✨
🛠
将
MB-TaylorFormer
融
合
进
YOLOv8
:
代
码
与
结
构
⼤
揭
秘
将
MB-TaylorFormer
集
成
到
YOLOv8
中
,
涉
及
到
对
其
源
代
码
结
构
的
巧
妙
扩
展
和
配
置
。
我
们
将
按
照
你
提
供
的
步
骤
,
⼀
步步
完
成
这
个
“
移
植
”
⼿
术
,
让
YOLOv8
能
够
识
别
并
利
⽤
MB-TaylorFormer
的
强
⼤
能
⼒
。
2.1
步
骤
⼀
:
创
建
MB-TaylorFormer
核
⼼
代
码
⽂
件
(
TaylorFormer.py
)
⾸
先
,
我
们
需
要
为
MB-TaylorFormer
在
YOLOv8
的
项
⽬
结
构
中
找
到
⼀个
合
适
的
“
家
”
。
按
照
约
定
俗
成
的
模
块
化
设计
原
则
,
我
们会
在
ultralytics/nn
⽬
录
下
创
建
⼀个
新
的
⽂
件
夹
Addmodules
。
这
个
Addmodules
⽂
件
夹
将
专
⻔
⽤
于
存
放
我
们
⾃
定
义
的
、
添
加到
YOLOv8
⽹络结
构
中
的
模
块
。
接
着
,
在
这
个
新
创
建
的
⽂
件
夹
中
,
我
们
将
创
建
⼀个
名
为
TaylorFormer.py
的
⽂
件
,
并
将
MB-TaylorFormer
的
核
⼼
代
码
复
制到
这
个
⽂
件
中
。
这
个
TaylorFormer.py
⽂
件
不仅仅
是
简
单
的
代
码
堆
砌
,
它
承
载
了
MB-TaylorFormer
的
完
整
架构
和
创
新
机
制
。
让
我
们
来
深
⼊
剖
--
👋
各
位
AI
领
域
的
探
索
者
、
对
计
算
机
视觉
充
满
热
情
的
伙伴们
,
你们
好
!
在
追
求
⽬
标检
测
模
型
极
致
性
能
的
道
路
上
,
我
们
常常
会
遇
到
两
⼤
挑
战
:
⼀
是
如
何
让
模
型
更
好
地
“
看
懂
”
复
杂
的
图
像
内
容
,
尤
其
是
在
⾯
对
图
像
退
化
(
如
雾霾
、
低
光
照
)
时
;
⼆
是
如
何
在
保
证
性
能
的
同
时
,
有
效
控
制
模
型
的
计
算
复
杂
度
和
参
数
量
。
今
天
,
我
将
带
领
⼤
家
踏
上⼀
段
激
动
⼈
⼼
的
旅
程
,
深
⼊
探
索
如
何
将
⼀
种
新
颖
且
⾼
效
的
多
⽀
路
线
性
Transformer
⽹络
――
MB-TaylorFormer
巧
妙
地
融
⼊
到
我
们
熟
知
的
YOLOv8
框
架
之中
。
传
统
的
卷
积
神
经⽹络
(
CNNs
)
在
局
部
特
征
提
取
⽅
⾯
表
现
卓
越
,
但
其
固
有
的
局
部
感
受
野
特
性
使
其
在
捕捉
图
像
中
的
⻓
距
离
依
赖
关
系
时显
得
⼒
不从
⼼
。
尽
管
Transformer
架构
凭
借
其
强
⼤
的
全
局
注
意
⼒
机
制
解
决
了

⻓
距
离
依
赖
问
题
,
但
其
平
⽅
级
别
的
计
算
复
杂
度
(
$O(N^2)$
,
N
是
序
列
⻓
度
)
在
⾼
分
辨
率
图
像
处
理
中
往
往
成
为
性
能
瓶
颈
,
限
制
了
其
在
实
时
应
⽤
中
的
普
及
。
MB-TaylorFormer
,
作
为⼀
种
为
图
像
去
雾
等
任
务
⽽
设计
的
创
新
架构
,
它
巧
妙
地
结
合
了
多
项
先
进
技
术
:
通过
泰
勒
展
开
近
似
来
改
进
传
统
的
Softmax
注
意
⼒
,
从
⽽
实
现
线
性
复
杂
度
的
注
意
⼒
机
制
;
同
时
,
它
采
⽤
多
⽀
路
和
多
尺
度
结
构
,
使
得
模
型
能
够
同
时
获
取
图
像
的
多
层
次
和
多
尺
度
的
信
息
。
这
种
设计
不仅
在图
像
恢
复
任
务
中
展
现
出
卓
越
的
性
能
,
更
重
要
的
是
,
它
提
供
了⼀
种
⾼
效
捕
获
全
局
上下
⽂
信
息
并
增
强
特
征
表
达
能
⼒
的
通
⽤
⽅
法
。
在
本
篇
教
程
中
,
我
们
将
深
⼊
剖
析
MB-TaylorFormer
的
核
⼼
原
理
,
并
⼿把⼿
地
指
导
你
如
何
将
其
作
为
YOLOv8
的
⾼
级
预
处
理
模
块
或
增
强
型
主
⼲
⽹络
起
点
。
我
们
将
详
细
讲
解
环
境
搭
建
、
代
码
集
成
、
模
型
配
置
等
关
键
步
骤
,
让
你
亲
眼
⻅
证
MB-TaylorFormer
如
何
赋
能
YOLOv8
,
使
其
在
⾯
对
复
杂
视觉
任
务
时
,
不仅
保
持
⾼
效
,
更
能
迸
发
出前
所
未有
的
强
⼤
感
知
和
检
测
能
⼒
!
💪
✨
🛠
将
MB-TaylorFormer
融
合
进
YOLOv8
:
代
码
与
结
构
⼤
揭
秘
将
MB-TaylorFormer
集
成
到
YOLOv8
中
,
涉
及
到
对
其
源
代
码
结
构
的
巧
妙
扩
展
和
配
置
。
我
们
将
按
照
你
提
供
的
步
骤
,
⼀
步步
完
成
这
个
“
移
植
”
⼿
术
,
让
YOLOv8
能
够
识
别
并
利
⽤
MB-TaylorFormer
的
强
⼤
能
⼒
。
2.1
步
骤
⼀
:
创
建
MB-TaylorFormer
核
⼼
代
码
⽂
件
(
TaylorFormer.py
)
⾸
先
,
我
们
需
要
为
MB-TaylorFormer
在
YOLOv8
的
项
⽬
结
构
中
找
到
⼀个
合
适
的
“
家
”
。
按
照
约
定
俗
成
的
模
块
化
设计
原
则
,
我
们会
在
ultralytics/nn
⽬
录
下
创
建
⼀个
新
的
⽂
件
夹
Addmodules
。
这
个
Addmodules
⽂
件
夹
将
专
⻔
⽤
于
存
放
我
们
⾃
定
义
的
、
添
加到
YOLOv8
⽹络结
构
中
的
模
块
。
接
着
,
在
这
个
新
创
建
的
⽂
件
夹
中
,
我
们
将
创
建
⼀个
名
为
TaylorFormer.py
的
⽂
件
,
并
将
MB-TaylorFormer
的
核
⼼
代
码
复
制到
这
个
⽂
件
中
。
这
个
TaylorFormer.py
⽂
件
不仅仅
是
简
单
的
代
码
堆
砌
,
它
承
载
了
MB-TaylorFormer
的
完
整
架构
和
创
新
机
制
。
让
我
们
来
深
⼊
剖
析
这
段
代
码
,
理
解
每
⼀个
模
块
如
何
协
同
⼯
作
,
共
同
构
建
起
这
个
强
⼤
的
⽹
络
。
代
码
块
import torch
import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F
from torchvision.ops.deform_conv import DeformConv2d
#
引
⼊
可变
形
卷
积
import numbers
import math
from einops import rearrange
#
⽤
于
张
量
维
度
重
排
的
强
⼤
⼯
具
import numpy as np
__all__ = ['MB_TaylorFormer']
#
定
义
可
导
出
的
模
块
名
称
freqs_dict = dict()
#
字
典
,
但
在
此
代
码
⽚
段
中
未
使
⽤
,
可
能
⽤
于
其
他
TaylorFormer
变
体
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

##########################################################################
#
辅
助函
数
:
处
理
张
量
维
度
转
换
def to_3d(x):
#
将
形
状
为
(B, C, H, W)
的
4D
张
量
转
换
为
(B, H*W, C)
的
3D
张
量
# B: Batch size, C: Channels, H: Height, W: Width
# H*W
相
当
于
序
列
⻓
度
N
,
C
相
当
于
特
征
维
度
D
return rearrange(x, 'b c h w -> b (h w) c')
def to_4d(x, h, w):
#
将
形
状
为
(B, H*W, C)
的
3D
张
量
转
换
回
(B, C, H, W)
的
4D
张
量
return rearrange(x, 'b (h w) c -> b c h w', h=h, w=w)
##########################################################################
# Layer Normalization
变
体
:
⽤
于
稳
定
Transformer
的
训
练
class BiasFree_LayerNorm(nn.Module):
#
不
带
偏
置
的
LayerNorm
def __init__(self, normalized_shape):
super(BiasFree_LayerNorm, self).__init__()
if isinstance(normalized_shape, numbers.Integral):
normalized_shape = (normalized_shape,)
normalized_shape = torch.Size(normalized_shape)
assert len(normalized_shape) == 1
#
确
保
只
对
最
后
⼀个
维
度
进
⾏
归
⼀
化
self.weight = nn.Parameter(torch.ones(normalized_shape))
#
可
学
习
的
缩
放
参
数
self.normalized_shape = normalized_shape
def forward(self, x):
#
计
算
⽅
差
,
然
后
进
⾏
归
⼀
化
并
乘
以
学
习
到
的
权
重
sigma = x.var(-1, keepdim=True, unbiased=False)
return x / torch.sqrt(sigma + 1e-5) * self.weight
class WithBias_LayerNorm(nn.Module):
#
带
偏
置
的
LayerNorm (
标
准
实
现
)
def __init__(self, normalized_shape):
super(WithBias_LayerNorm, self).__init__()
if isinstance(normalized_shape, numbers.Integral):
normalized_shape = (normalized_shape,)
normalized_shape = torch.Size(normalized_shape)
assert len(normalized_shape) == 1
self.weight = nn.Parameter(torch.ones(normalized_shape))
self.bias = nn.Parameter(torch.zeros(normalized_shape))
#
可
学
习
的
偏
置
参
数
self.normalized_shape = normalized_shape
def forward(self, x):
#
计
算
均
值
和
⽅
差
,
进
⾏
归
⼀
化
并应
⽤
学
习
到
的
权
重
和
偏
置
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
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mu = x.mean(-1, keepdim=True)
sigma = x.var(-1, keepdim=True, unbiased=False)
return (x - mu) / torch.sqrt(sigma + 1e-5) * self.weight + self.bias
class LayerNorm(nn.Module):
#
封
装
不
同
类
型
的
LayerNorm
,
并
在
4D
张
量
上
应
⽤
(
先
转
3D
,
再
转
回
4D)
def __init__(self, dim, LayerNorm_type):
super(LayerNorm, self).__init__()
if LayerNorm_type == 'BiasFree':
self.body = BiasFree_LayerNorm(dim)
else:
self.body = WithBias_LayerNorm(dim)
def forward(self, x):
h, w = x.shape[-2:]
return to_4d(self.body(to_3d(x)), h, w)
#
先
将
H,W
维
度
展
平
进
⾏
LayerNorm
,
再
恢
复
##########################################################################
## Gated-Dconv Feed-Forward Network (GDFN) -
⻔
控
深
度
卷
积
前
馈
⽹络
class FeedForward(nn.Module):
def __init__(self, dim, ffn_expansion_factor, bias):
super(FeedForward, self).__init__()
hidden_features = int(dim * ffn_expansion_factor)
#
隐
藏
层
的
特
征
维
度
# 1x1
卷
积
,
将
通道
数
从
dim
扩
展
到
hidden_features * 2
self.project_in = nn.Conv2d(dim, hidden_features * 2, kernel_size=1,
bias=bias)
#
深
度
可
分
离
卷
积
(
DWConv
)
:
卷
积
核
⼤
⼩
为
3x3
,
组
卷
积
数
量
等
于
通道
数
,
只
在
每
个
通道
上
进
⾏
卷
积
#
这
种
⽅
式
可
以
在
不
增
加
参
数
量
的
情
况
下
增
加
感
受
野
self.dwconv = nn.Conv2d(hidden_features * 2, hidden_features * 2,
kernel_size=3, stride=1, padding=1,
groups=hidden_features * 2, bias=bias)
# 1x1
卷
积
,
将
通道
数
从
hidden_features
降
回
dim
self.project_out = nn.Conv2d(hidden_features, dim, kernel_size=1,
bias=bias)
def forward(self, x):
x = self.project_in(x)
#
扩
展
通道
x1, x2 = self.dwconv(x).chunk(2, dim=1)
#
深
度
卷
积
后
,
将
通道
分
成
两
部
分
(x1, x2)
x = F.gelu(x1) * x2
#
⻔
控
机
制
:
GELU
激
活
x1
后
与
x2
相
乘
,
提
供
⾮
线
性
并
控
制
信
息
流
x = self.project_out(x)
#
恢
复
通道
return x
##########################################################################
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