【深度学习】CAB:通道注意力模块

@[toc]CAB:通道注意力模块

CAB:通道注意力模块

CAB（Channel Attention Block） 是一种通道注意力模块，通常用于计算机视觉任务中，特别是在图像恢复、超分辨率、去噪等任务中。它的核心思想是通过学习通道之间的依赖关系，自适应地调整每个通道的特征响应，从而增强模型对重要特征的提取能力。

CAB 的核心思想

通道注意力机制：

通过对每个通道的特征进行全局池化，获取全局信息。

使用全连接层（或 1x1 卷积）学习通道之间的依赖关系。

通过 Sigmoid 函数生成通道注意力权重，对原始特征进行加权。

残差连接：

为了保留原始特征信息，通常会在通道注意力模块的输出上添加残差连接。

CAB 的结构

全局平均池化（Global Average Pooling, GAP）：

对输入特征图的每个通道进行全局平均池化，得到一个通道描述向量。

全连接层（或 1x1 卷积）：

使用全连接层（或 1x1 卷积）学习通道之间的关系。

通常包含一个降维层和一个升维层，以减少计算量。

Sigmoid 激活函数：

对学习到的通道关系进行归一化，生成通道注意力权重。

特征加权：

将生成的通道注意力权重与输入特征图相乘，得到加权后的特征。

残差连接：

将加权后的特征与输入特征相加，保留原始信息。

代码实现

1.使用线性层：

import torch
import torch.nn as nn
import torch.nn.functional as F

class ChannelAttentionBlock(nn.Module):
    def __init__(self, channel, reduction_ratio=16):
        """
        初始化 CAB 模块
        :param channel: 输入特征图的通道数
        :param reduction_ratio: 降维比例，默认为 16
        """
        super(ChannelAttentionBlock, self).__init__()
        self.channel = channel
        self.reduction_ratio = reduction_ratio

        # 全局平均池化
        self.gap = nn.AdaptiveAvgPool2d(1)

        # 全连接层（或 1x1 卷积）
        self.fc = nn.Sequential(
            nn.Linear(channel, channel // reduction_ratio, bias=False),  # 降维
            nn.ReLU(inplace=True),
            nn.Linear(channel // reduction_ratio, channel, bias=False),  # 升维
            nn.Sigmoid()  # 归一化
        )

    def forward(self, x):
        """
        前向传播
        :param x: 输入特征图，形状为 [batch_size, channel, height, width]
        :return: 加权后的特征图
        """
        b, c, h, w = x.size()

        # 全局平均池化
        y = self.gap(x).view(b, c)  # [batch_size, channel]

        # 全连接层
        y = self.fc(y).view(b, c, 1, 1)  # [batch_size, channel, 1, 1]

        # 特征加权
        out = x * y.expand_as(x)  # [batch_size, channel, height, width]

        # 残差连接
        return out + x

2.使用卷积层

class CALayer(nn.Module):
    def __init__(self, channel, reduction=16, bias=False):
        super(CALayer, self).__init__()
        # global average pooling: feature --> point
        self.avg_pool = nn.AdaptiveAvgPool2d(1)
        # feature channel downscale and upscale --> channel weight
        self.conv_du = nn.Sequential(
                nn.Conv2d(channel, channel // reduction, 1, padding=0, bias=bias),
                nn.ReLU(inplace=True),
                nn.Conv2d(channel // reduction, channel, 1, padding=0, bias=bias),
                nn.Sigmoid()
        )
    def forward(self, x):
        y = self.avg_pool(x)
        y = self.conv_du(y)
        return x * y

卷积与线性层对比

总结

CAB 是一种简单但有效的通道注意力模块，通过学习通道之间的依赖关系，能够自适应地增强重要特征并抑制不重要特征。