针对光学遥感图像目标分布密集、尺度变化范围较大及小目标特征信息过少等造成目标检测精度不高、泛化能力差等问题，本文提出了一种增强小目标特征的多尺度神经网络（ESF-MNet）。首先在骨干网络中引入注意力模块构建出高效层注意力聚合结构，以增强特征提取能力；此外，在浅层特征图与颈部网络融合之前加入感受野增强模块，以捕获不同尺度的上下文信息。其次，使用GSConv构成颈部网络，减少网络层参数量，保持网络的特征提取能力，并通过基于内容感知的特征重组模块提高识别精度。最后，采用下采样率分别为4、8和16倍的三个下采样模块作为头部网络输入，来提高小目标的检测效果。为了证明该方法的有效性，在DOTA数据集和NWPU NHR-10数据集上进行实验，平均检测精度分别达78.6%和94.3%，计算复杂度为94.7 G，整体模型大小为26.2 M。该方法具备检测精度高、计算复杂度低、模型权重小等特点，能有效提高小目标的检测精度，进一步改善光学遥感图像小目标检测性能。