YOLO26改进 - 特征融合 | EFC增强层间特征相关性，通过多尺度特征交互减少冗余信息丢失即插即用

前言

本文介绍了基于增强层间特征相关性（EFC）的轻量级融合策略及其在 YOLO26中的结合。检测无人机图像小物体具有挑战性，传统多尺度特征融合方法存在不足。EFC 模块通过引入分组的特征聚焦单元（GFF）增强特征关联性，利用多级特征重构模块（MFR）进行特征重构，减少冗余特征生成，且具有通用性和适应性。我们将 EFC 模块集成进 YOLO26，替换部分特征融合策略。该方法即插即用，有望提升 YOLO26在小物体检测任务中的性能。

文章目录： YOLO26改进大全：卷积层、轻量化、注意力机制、损失函数、Backbone、SPPF、Neck、检测头全方位优化汇总

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文章目录

前言
介绍
- 摘要
文章链接
基本原理
核心代码
YOLO26引入代码
tasks注册
- 步骤1:
- 步骤2
- 配置yolo26-EFC.yaml
实验
- 脚本
- 结果

介绍

摘要

鉴于无人机图像存在低分辨率以及背景混合的情况，检测其中的小物体颇具挑战性，这会造成特征信息有限。多尺度特征融合能够通过获取不同尺度上的信息来增强检测能力，然而传统方法存在一定缺陷。简单的连接或加法运算无法充分发挥多尺度融合的优势，致使特征之间的相关性不足。这一缺陷对小物体的检测造成了阻碍，尤其是在复杂背景和人口稠密地区。为解决该问题并有效利用有限的计算资源，本文提出一种基于增强层间特征相关性（EFC）的轻量级融合策略，用以替代传统特征金字塔网络（FPN）中的特征融合策略。特征金字塔中不同图层的语义表达存在不一致性。在EFC策略里，分组的特征聚焦单元（GFF）通过聚焦不同特征的上下文信息来增强各层的特征相关性。多级特征重构模块（MFR）对金字塔中各层的强弱信息进行有效的重构和变换，减少冗余的特征融合，从而保留更多的小目标信息。值得一提的是，所提出的方法具有即插即用的特性，能够广泛应用于各种基础网络。

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基本原理

EFC (Enhanced Inter-layer Feature Correlation) 模块是一种轻量级的特征融合策略，旨在提升小物体检测的性能，尤其是在复杂的背景中。以下是对 EFC 模块各组成部分的详细介绍：

特征关联增强：

EFC 模块通过引入Grouped Feature Focusing Unit (GFF)来强化不同层之间的特征关联性。GFF 通过关注特征的空间上下文信息，聚合邻近层的特征，使得特征之间的语义表示更加一致和丰富。这种对上下文信息的聚焦有助于解决小物体特征的不确定性问题，使模型能够更好地定位小物体。

特征重构：

EFC 中的Multi-Level Feature Reconstruction Module (MFR)关键在于有效利用各层的特征，而不是仅依赖于简单的卷积操作。MFR 模块能够分离强弱特征信息，通过对特征进行重构，来最大程度地保留对于小物体检测至关重要的细节信息，降低语义偏差。这使得模型在不同层次的特征融合中，能够更精确地理解小物体的空间位置和语义内容。

冗余特征的减少：

EFC 特别设计时考虑到了减少冗余特征生成的方法。传统的特征融合常常使用大型卷积核，导致冗余信息的产生，而 EFC 通过采用小型卷积或者轻量级卷积设计，降低了计算复杂度，并在不损失信息的前提下，使得输出特征更加精炼和有用。

通用性和适应性：

EFC 模块设计为“插件式”，可以广泛应用于多种特征金字塔网络（FPN）框架，提供了更灵活的检测模型适应能力。这种普遍适用性使得 EFC 可以与不同基础网络结合，进一步提升各种目标检测任务中的表现。

通过上述原理，EFC 模块能够有效应对小物体检测中的挑战，尤其是在多尺度和复杂背景下，增强了特征表达能力，最终实现了更高的检测精度和效率

核心代码

importtorch.nnasnnimporttorch.nn.functionalasFfrommmcv.cnnimportConvModulefrommmcv.runnerimportBaseModule,auto_fp16from..builderimportNECKSclassEFC(BaseModule):def__init__(self,c1,c2):super().__init__()self.conv1=nn.Conv2d(c1,c2,kernel_size=1,stride=1)self.conv2=nn.Conv2d(c2,c2,kernel_size=1,stride=1)self.conv4=nn.Conv2d(c2,c2,kernel_size=1,stride=1)self.bn=nn.BatchNorm2d(c2)self.sigomid=nn.Sigmoid()self.group_num=16self.eps=1e-10self.gamma=nn.Parameter(torch.randn(c2,1,1))self.beta=nn.Parameter(torch.zeros(c2,1,1))self.gate_genator=nn.Sequential(nn.AdaptiveAvgPool2d((1,1)),nn.Conv2d(c2,c2,1,1),nn.ReLU(True),nn.Softmax(dim=1),)self.dwconv=nn.Conv2d(c2,c2,kernel_size=3,stride=1,padding=1,groups=c2)self.conv3=nn.Conv2d(c2,c2,kernel_size=1,stride=1)self.Apt=nn.AdaptiveAvgPool2d(1)self.one=c2 self.two=c2 self.conv4_gobal=nn.Conv2d(c2,1,kernel_size=1,stride=1)forgroup_idinrange(0,4):self.interact=nn.Conv2d(c2//4,c2//4,1,1,)defforward(self,x):x1,x2=x global_conv1=self.conv1(x1)bn_x=self.bn(global_conv1)weight_1=self.sigomid(bn_x)global_conv2=self.conv2(x2)bn_x2=self.bn(global_conv2)weight_2=self.sigomid(bn_x2)X_GOBAL=global_conv1+global_conv2 x_conv4=self.conv4_gobal(X_GOBAL)X_4_sigmoid=self.sigomid(x_conv4)X_=X_4_sigmoid*X_GOBAL X_=X_.chunk(4,dim=1)out=[]forgroup_idinrange(0,4):out_1=self.interact(X_[group_id])N,C,H,W=out_1.size()x_1_map=out_1.reshape(N,1,-1)mean_1=x_1_map.mean(dim=2,keepdim=True)x_1_av=x_1_map/mean_1 x_2_2=F.softmax(x_1_av,dim=-1)x1=x_2_2.reshape(N,C,H,W)x1=X_[group_id]*x1 out.append(x1)out=torch.cat([out[0],out[1],out[2],out[3]],dim=1)N,C,H,W=out.size()x_add_1=out.reshape(N,self.group_num,-1)N,C,H,W=X_GOBAL.size()x_shape_1=X_GOBAL.reshape(N,self.group_num,-1)mean_1=x_shape_1.mean(dim=2,keepdim=True)std_1=x_shape_1.std(dim=2,keepdim=True)x_guiyi=(x_add_1-mean_1)/(std_1+self.eps)x_guiyi_1=x_guiyi.reshape(N,C,H,W)x_gui=(x_guiyi_1*self.gamma+self.beta)weight_x3=self.Apt(X_GOBAL)reweights=self.sigomid(weight_x3)x_up_1=reweights>=weight_1 x_low_1=reweights<weight_1 x_up_2=reweights>=weight_2 x_low_2=reweights<weight_2 x_up=x_up_1*X_GOBAL+x_up_2*X_GOBAL x_low=x_low_1*X_GOBAL+x_low_2*X_GOBAL x11_up_dwc=self.dwconv(x_low)x11_up_dwc=self.conv3(x11_up_dwc)x_so=self.gate_genator(x_low)x11_up_dwc=x11_up_dwc*x_so x22_low_pw=self.conv4(x_up)xL=x11_up_dwc+x22_low_pw xL=xL+x_guireturnxL

YOLO26引入代码

在根目录下的ultralytics/nn/目录，新建一个featureFusion目录，然后新建一个以EFC为文件名的py文件，把代码拷贝进去。

importtorchimporttorch.nnasnnimporttorch.nn.functionalasFclassEFC(nn.Module):def__init__(self,c1,c2):super().__init__()self.conv1=nn.Conv2d(c1,c2,kernel_size=1,stride=1)self.conv2=nn.Conv2d(c2,c2,kernel_size=1,stride=1)self.conv4=nn.Conv2d(c2,c2,kernel_size=1,stride=1)self.bn=nn.BatchNorm2d(c2)self.sigomid=nn.Sigmoid()self.group_num=16self.eps=1e-10self.gamma=nn.Parameter(torch.randn(c2,1,1))self.beta=nn.Parameter(torch.zeros(c2,1,1))self.gate_genator=nn.Sequential(nn.AdaptiveAvgPool2d((1,1)),nn.Conv2d(c2,c2,1,1),nn.ReLU(True),nn.Softmax(dim=1),)self.dwconv=nn.Conv2d(c2,c2,kernel_size=3,stride=1,padding=1,groups=c2)self.conv3=nn.Conv2d(c2,c2,kernel_size=1,stride=1)self.Apt=nn.AdaptiveAvgPool2d(1)self.one=c2 self.two=c2 self.conv4_gobal=nn.Conv2d(c2,1,kernel_size=1,stride=1)forgroup_idinrange(0,4):self.interact=nn.Conv2d(c2//4,c2//4,1,1,)defforward(self,x):x1,x2=x global_conv1=self.conv1(x1)bn_x=self.bn(global_conv1)weight_1=self.sigomid(bn_x)global_conv2=self.conv2(x2)bn_x2=self.bn(global_conv2)weight_2=self.sigomid(bn_x2)X_GOBAL=global_conv1+global_conv2 x_conv4=self.conv4_gobal(X_GOBAL)X_4_sigmoid=self.sigomid(x_conv4)X_=X_4_sigmoid*X_GOBAL X_=X_.chunk(4,dim=1)out=[]forgroup_idinrange(0,4):out_1=self.interact(X_[group_id])N,C,H,W=out_1.size()x_1_map=out_1.reshape(N,1,-1)mean_1=x_1_map.mean(dim=2,keepdim=True)x_1_av=x_1_map/mean_1 x_2_2=F.softmax(x_1_av,dim=1)x1=x_2_2.reshape(N,C,H,W)x1=X_[group_id]*x1 out.append(x1)out=torch.cat([out[0],out[1],out[2],out[3]],dim=1)N,C,H,W=out.size()x_add_1=out.reshape(N,self.group_num,-1)N,C,H,W=X_GOBAL.size()x_shape_1=X_GOBAL.reshape(N,self.group_num,-1)mean_1=x_shape_1.mean(dim=2,keepdim=True)std_1=x_shape_1.std(dim=2,keepdim=True)x_guiyi=(x_add_1-mean_1)/(std_1+self.eps)x_guiyi_1=x_guiyi.reshape(N,C,H,W)x_gui=(x_guiyi_1*self.gamma+self.beta)weight_x3=self.Apt(X_GOBAL)reweights=self.sigomid(weight_x3)x_up_1=reweights>=weight_1 x_low_1=reweights<weight_1 x_up_2=reweights>=weight_2 x_low_2=reweights<weight_2 x_up=x_up_1*X_GOBAL+x_up_2*X_GOBAL x_low=x_low_1*X_GOBAL+x_low_2*X_GOBAL x11_up_dwc=self.dwconv(x_low)x11_up_dwc=self.conv3(x11_up_dwc)x_so=self.gate_genator(x_low)x11_up_dwc=x11_up_dwc*x_so x22_low_pw=self.conv4(x_up)xL=x11_up_dwc+x22_low_pw xL=xL+x_guireturnxL

tasks注册

在ultralytics/nn/tasks.py中进行如下操作：

步骤1:

fromultralytics.nn.featureFusion.EFCimportEFC

步骤2

修改def parse_model(d, ch, verbose=True):

elifmisEFC:c1,c2=ch[f[0]],args[0]c2=make_divisible(min(c2,max_channels)*width,8)args=[c1,c2]

配置yolo26-EFC.yaml

ultralytics/cfg/models/26/yolo26-EFC.yaml

# Ultralytics 🚀 AGPL-3.0 License - https://ultralytics.com/license# Ultralytics YOLO26 object detection model with P3/8 - P5/32 outputs# Model docs: https://docs.ultralytics.com/models/yolo26# Task docs: https://docs.ultralytics.com/tasks/detect# Parametersnc:80# number of classesend2end:True# whether to use end-to-end modereg_max:1# DFL binsscales:# model compound scaling constants, i.e. 'model=yolo26n.yaml' will call yolo26.yaml with scale 'n'# [depth, width, max_channels]n:[0.50,0.25,1024]# summary: 260 layers, 2,572,280 parameters, 2,572,280 gradients, 6.1 GFLOPss:[0.50,0.50,1024]# summary: 260 layers, 10,009,784 parameters, 10,009,784 gradients, 22.8 GFLOPsm:[0.50,1.00,512]# summary: 280 layers, 21,896,248 parameters, 21,896,248 gradients, 75.4 GFLOPsl:[1.00,1.00,512]# summary: 392 layers, 26,299,704 parameters, 26,299,704 gradients, 93.8 GFLOPsx:[1.00,1.50,512]# summary: 392 layers, 58,993,368 parameters, 58,993,368 gradients, 209.5 GFLOPs# YOLO26n backbonebackbone:# [from, repeats, module, args]-[-1,1,Conv,[64,3,2]]# 0-P1/2-[-1,1,Conv,[128,3,2]]# 1-P2/4-[-1,2,C3k2,[256,False,0.25]]-[-1,1,Conv,[256,3,2]]# 3-P3/8-[-1,2,C3k2,[512,False,0.25]]-[-1,1,Conv,[512,3,2]]# 5-P4/16-[-1,2,C3k2,[512,True]]-[-1,1,Conv,[1024,3,2]]# 7-P5/32-[-1,2,C3k2,[1024,True]]-[-1,1,SPPF,[1024,5,3,True]]# 9-[-1,2,C2PSA,[1024]]# 10# YOLO26n headhead:-[-1,1,nn.Upsample,[None,2,"nearest"]]-[[-1,6],1,EFC,[512]]# cat backbone P4-[-1,2,C3k2,[512,True]]# 13-[-1,1,nn.Upsample,[None,2,"nearest"]]-[[-1,4],1,EFC,[512]]# cat backbone P3-[-1,2,C3k2,[256,True]]# 16 (P3/8-small)-[-1,1,Conv,[256,3,2]]-[[-1,13],1,EFC,[512]]# cat head P4-[-1,2,C3k2,[512,True]]# 19 (P4/16-medium)-[-1,1,Conv,[512,3,2]]-[[-1,10],1,EFC,[1024]]# cat head P5-[-1,1,C3k2,[1024,True,0.5,True]]# 22 (P5/32-large)-[[16,19,22],1,Detect,[nc]]# Detect(P3, P4, P5)

实验

脚本

importwarnings warnings.filterwarnings('ignore')fromultralyticsimportYOLOif__name__=='__main__':# 修改为自己的配置文件地址model=YOLO('./ultralytics/cfg/models/26/yolo26-EFC.yaml')# 修改为自己的数据集地址model.train(data='./ultralytics/cfg/datasets/coco8.yaml',cache=False,imgsz=640,epochs=10,single_cls=False,# 是否是单类别检测batch=8,close_mosaic=10,workers=0,optimizer='MuSGD',# optimizer='SGD',amp=False,project='runs/train',name='yolo26-EFC',)