基于G-MRF模型的玉米叶斑病害图像的分割

【目的】图像分割是作物病害自动识别系统实现的难点之一,前人研究大多采用基于阈值或聚类的分割算法,方法简单、易于实现,但分割精度较低。本文引入高斯模型的Markov随机场分割模型(G-MRF),对玉米叶部病斑图像进行分割试验,以期提高分割精度。【方法】在VC6.0下实现了G-MRF分割模型,G-MRF既利用了图像像素的灰度信息,又通过像素类别标记的Gibbs光滑先验概率引入了图像的空间信息,是能较好地分割含有噪声图像的算法。采用该算法对大斑病、小斑病、灰斑病和弯孢菌叶斑病等4种主要玉米叶部病害的图像进行了分割测试,并与基于阈值和基于Gauss模型的分割算法进行比较。【结果】基于G-MRF分割模型的分割,目标区域的一致性和边缘的清晰方面明显好于基于阈值和Gauss模型的分割算法,其平均正确分类率达96.35%,分别较基于阈值和基于Gauss模型的分割算法高出3.75%和4.03%,差异达到显著水平。【结论】基于G-MRF模型的分割算法鲁棒性高,能够有效地将病斑区域从叶片部分离,分割正确分类率达96.35%,可用于玉米叶斑类病害图像的分割。     

基于改进U-Net网络的苹果叶部病害语义分割方法

针对自然条件下苹果叶部病斑分割与识别效果欠佳的问题,本文提出一种融合条件随机场和卷积块状注意力模块的苹果叶部病害语义分割模型,实现苹果叶部锈病、褐斑病、灰斑病及斑点落叶病的病斑准确分割和识别。本文在U-Net模型基础上,使用ResNet50为骨干网络防止梯度消失问题,并分别在跳跃连接分支与上采样层加入卷积块状注意力模块,减少训练过程中的分割精度损失,融合Dice Loss和Focal Loss降低损失波动,最后利用条件随机场优化分割结果,获取病斑掩模图像,实现对苹果叶部病害语义分割。本研究在自制苹果叶部病害数据集上进行试验,分析了光照、阴影及水滴等因素对分割结果的影响。试验结果表明：本文构建的语义分割模型相比传统U-Net模型,平均分割精度(mIoU)提升8.24百分点,平均分类精度(mPrecision)提升11百分点,类别平均像素准确率(mPA)提升6.09百分点,受光照不均、雨滴的影响更小,具有更好的鲁棒性和可靠性。     

基于自适应中心对称局部二值模式的作物病害识别方法

基于局部二值模式(LBP)算子在模式识别中直方图维数高、判别能力差、具有冗余信息等缺点,针对作物病害叶片图像的特点,提出一种自适应中心对称局部二值模式(Adaptive Center-Symmetric Local Binary Patterns,ACSLBP)算法,并应用于作物病害识别。该算法能够得到光照和旋转不变性的纹理特征,利用模糊C均值聚类算法对病害叶片图像进行分割,再将分割后的病斑图像进行分块,然后采用自适应阈值提取每个子块的ACSLBP纹理直方图,结合作物病害叶片图像的颜色特征,利用最近邻分类器识别作物病害。在黄瓜4种常见病害叶片图像数据库上进行试验,平均识别率高达95%以上,表明该方法是有效可行的。     

基于T-S模型的模糊神经网络在植物病害图像分割中的应用

针对植物病害图像的病斑区域边缘像素存在模糊性和不确定性,利用T-S模型的模糊规则后件是输入语言变量的函数特性,提出线性清晰化的自适应五层模糊神经网络模型作为植物病害图像模式分类的决策系统,并利用量子遗传算法对模型系统的可调整参数的初始值进行全局优化。试验结果表明:该模型对马铃薯早疫病的彩色图像的有效病班区域分割精确达到100%,学习算法速度快、收敛稳定、鲁棒性较好,避免了传统梯度下降学习算法的局部最小值,并且简单易于实现。     

基于改进UNet++模型的葡萄黑腐病病斑分割和病害程度分级

为了解决葡萄病害图像边缘分割模糊和发病初期分割难的问题，基于PlantVillage数据集中的葡萄黑腐病图像，提出一种基于改进UNet++的葡萄黑腐病病斑分割模型。该模型在提取图像特征时：一方面，采用自适应软阈值化方法消除噪声影响，提高葡萄病斑边缘的分割精度；另一方面，采用长、短连接结合的方式构建UNet++中的跳跃式连接结构，降低模型的计算复杂度。同时，在模型的横向输出层中融合多尺度特征，增强病斑的语义信息，进一步提高目标分割精度。在该模型的损失函数中，将Dice损失函数和交叉熵损失函数进行线性加权组合，以解决病斑像素面积与叶片面积不平衡的问题。采用五折交叉验证进行模型训练与测试。结果显示，本文模型的像素准确率达到98.433%,平均交并比达到92.056%,病斑交并比为81.230%,Dice系数为0.941,均优于传统的UNet++模型。采用病斑占叶面积的比例对病害程度进行分级。结果表明，本文模型对病害等级的划分准确率达97.41%。该模型能精确实现对葡萄黑腐病病斑边缘和小病斑的分割，以及病害程度分级，具有良好的稳健性。     

基于特征融合与局部判别映射的苹果叶部病害识别方法

针对利用植物病害叶片图像特征识别病害类别的复杂性,提出一种基于特征融合与局部判别映射的植物叶部病害识别方法。首先,在中心对称局部二值模式(CS-LBP)的基础上,设计了一种自适应中心对称局部二值模式(ACS-LBP),由此分割病害叶片的病斑图像;然后提取并融合病斑图像的纹理、形状和颜色特征;再利用局部判别映射算法对融合特征进行维数约简;最后利用支持向量机进行病害类别分类。在3种常见苹果病害叶片图像数据库上进行病害识别验证试验,结果表明,该方法能够有效识别苹果叶部病害,平均识别率高达96%以上。     

1种基于Otsu算法的植物病害叶片图像分割方法

植物叶片图像分割是植物分类和植物病害检测中的一个关键步骤,旨在把叶片图像分成各具特性的区域并提取出感兴趣的部分。在分析自然场景下植物叶片图像几种分割方法的优缺点的基础上,基于Otsu算法,提出了1种叶片图像分割方法,并进行分割算法试验。结果表明,该叶片图像分割方法对叶片中目标(叶片或病斑)-背景类的图像具有较好的分割效果。     

基于显著性目标检测的葡萄叶片病害分割

为提高葡萄叶片病害图像中病斑分割性能,提出了一种基于显著性目标检测的病斑分割方法。采用显著性目标检测网络来生成葡萄病害叶片图像的显著性图,通过多种分辨率的网格结构提取图像局部和全局信息,并将它们融合成预测特征;再对病害叶片的显著性图用自适应阈值法分割出叶片上的病害区域,并用形态学方法进行后处理。结果表明,在测试集A上,所建立的方法对病斑分割性能指标马修斯相关系数(MCC)为0.625,略低于对比算法全卷积神经网络(FCN)的0.689,但在衡量泛化性能的测试集B上,所建立方法的MCC为0.338,远高于FCN的0.072, 说明所建立方法在分割精度和泛化性方面具有较好的平衡性。     

基于改进Bernsen 二值化算法的 植物病害叶片病斑检测

针对大区域田间复杂背景下植物病害远程识别中的叶片病斑检测难问题,提出一种基于改进Bernsen二值化算法的植物病害远程检测方法。通过物联网采集不同区域的植物叶片图像,根据在RGB和HIS颜色空间中叶片病斑与正常叶片和背景的色调差异的特点,利用改进Bernsen二值化算法分别在图像的R、G、B、H 4个颜色通道上提取病斑,然后进行病斑图像融合,得到病斑图像。采用该方法对多幅物联网视频植物病害叶片图像进行病斑分割。实验结果表明,该算法在复杂背景环境下能够有效分割植物病斑图像,去除大量复杂背景,得到病斑图像。该方法能够为大区域植物病害远程智能监控系统提供技术指导。     

基于改进型蚁群算法的网格资源分配的研究

通过对基于标准蚁群算法和MMAS蚁群算法的网格资源分配算法的比较和分析,提出了另一种自适应的蚁群算法。通过计算机仿真实验证明,自适应改进型蚁群算法相比于基于标准蚁群算法和MMAS蚁群算法的网格资源分配算法具有更强的搜索全局最优解的能力,同时还具有更好的稳定性和收敛性。     

基于蚁群算法的农业节水灌溉路径优化部署

为实现节水灌溉田间地块路径管线部署的管理和控制,采用信息素优化的改进蚁群算法进行设计研究.在现有蚁群算法组合优化的现实缺陷基础上,以田间地块坐标作为数据源,采用改进的蚁群算法对田间地块布线路径进行设计,从而提高蚁群算法在迭代过程中更新最优解的能力,最终在相同的迭代次数内找到路径更短、代价更小的规则,解决农业节水灌溉管线路径部署优化问题,并在VC++程序中验证路径优化的实际问题.测试结果表明:在相同的气候条件下,路径优化部署设计结果可以为节水灌溉的管道布局管理提供参考依据和数据支持.     

基于Markov随机场的改进的传统眼皮区域检测算法研究

[目的]阐述改进的虹膜有效区域检测阶段中眼皮区域检测算法。[方法]介绍传统的基于Radon变换的眼皮区域检测算法,针对其不能很好地消除眼皮阴影的缺点,提出基于Markov随机场理论眼部阴影检测算法。根据Markov随机场邻域的约束,使用MAP准则进行求解,利用K-mean求取先验信息,使用EM算法确定图像中每个像素的观测场模型,根据统计学理论的最优准则,得到能量函数的最小值,将眼皮阴影检测出来。[结果]该研究提出的方法可以有效地去除虹膜有效区域检测阶段中眼皮阴影。[结论]基于Markov随机场理论的眼皮阴影检测算法可以作为Radon眼皮检测的补充和改进。     

基于蚁群-BFS算法的复杂环境下农业机器人全区域覆盖研究

目的 以路径重复率为优化目标解决农业机器人在数字生态农场中的全区域覆盖问题。方法 首先,将栅格地图中的障碍物进行膨胀处理,在此基础上进行矩形分区以及分区合并操作;然后,通过改进的蚁群算法规划分区间的遍历顺序、通过改进的广度优先搜索(Breadth first search, BFS)算法规划分区间终点与起点的衔接路径,从而实现机器人全区域覆盖。2种算法的具体改进方案为：分别通过人工免疫算法与粒子群算法改进遗传算法的选择与交叉算子,并将改进后的选择算子、交叉算子、原遗传算法变异算子与蚁群算法相结合改进传统蚁群算法信息素更新方法;建立动态函数以简化BFS算法规划的路径。结果 仿真结果表明,改进蚁群算法收敛时的迭代次数较传统蚁群算法减少了83.1%,路径长度相比减少了4.8%;由改进的蚁群算法与改进的BFS算法规划的机器人遍历路径重复率是传统蚁群算法和BFS算法的56%,且农业机器人能实现对农田区域的100%覆盖。结论 本研究提供了一种农业机器人在复杂环境的数字生态循环农场中进行全遍历覆盖的解决方案。     

基于改进的粒子群和蚁群算法的高光谱森林聚类研究

高光谱图像分类可分为监督分类与非监督分类,聚类分析进行非监督分类是一种现今比较受研究者广泛关注的技术.粒子群算法具有自适应、自组织性、可同时进行局部和全局搜索等特点;蚁群算法通过智能个体间不断进行信息交流和传递,具有较强的发现最优解的能力.提出一种基于改进的粒子群和蚁群算法的高光谱图像聚类方法,设计其模型并将其应用在森林类型分类问题上,提高分类精度,减少人工干预.以吉林省汪清林业局为研究区,通过修改粒子群的惯性系数,得出最优解集,然后利用蚁群寻优的过程对阔叶林、针叶林、混交林、水体进行聚类分析,区分精度达到85％证明,该方法能较好地识别森林类型.     

基于LXF模型水平集的玉米叶部病斑图像分割

农作物病害的发生对我国农业生产危害较大,运用机器识别技术对农作物病害图像进行自动识别有着重要的意义。主要介绍传统水平集和基于LXF模型水平集的分割算法原理,并且运用两种方法分别对玉米叶部病斑进行图像分割。实验表明基于LXF模型水平集的分割算法缩短了玉米病斑图像分割时间的同时病斑分割效果良好,为以后的特征提取、病斑种类的识别打下了良好的基础。     

基于多目标PSO-ACO融合算法的无人艇路径规划

【目的】针对河蟹养殖过程中,水位变化以及无人艇路径规划算法收敛慢、精度低的问题,为提高算法适应性与寻优能力,提出一种多目标粒子群-蚁群融合的无人艇路径规划算法。【方法】首先,分析蟹塘环境及养殖规律等因素,建立静态水深栅格环境模型;其次,针对覆盖遍历式投饵存在局部点投喂不足及路径次优的问题,通过对惯性参数与学习因子的非线性调整,提出基于多目标的改进粒子群算法(Particle swarm optimization, PSO);然后,调整蚁群算法的初始信息素,并对蚁群算法的信息素挥发因子和启发期望函数自适应改进,提出自适应优化蚁群算法(Ant colony optimization, ACO);最后,为解决单一算法寻优不足,利用融合PSO-ACO算法,实现无人艇多目标全局路径规划。【结果】仿真结果表明：不同环境投饵策略下,PSO-ACO算法在对多目标路径寻优时,不仅环境适应性好,而且提高了寻优效率和精度,运行时间节省了32%,路径距离缩短了9.78%,迭代次数降低了62.88%,拐点数目减少了44.45%。【结论】所提出多目标点的路径规划算法适用于环境可变的蟹塘养殖,具有较好的应用价值。     

一种用于连续寻优的蚁群爬山算法

针对蚁群算法在连续寻优过程初期信息素匮乏、搜索时间长、收敛慢的弱点,对蚁群算法进行改进,并结合爬山算法提出了一种新的蚁群爬山算法.将新的蚁群爬山算法用于求解连续全局优化问题,数值实验证明该算法是可行的、有效的,并且精度和效率优于蚁群算法.     

Research of Rural Power Network Reactive Power Optimization Based on Improved ACOA

In view of the serious reactive power loss in the rural network, improved ant colony optimization algorithm （ACOA） was used to optimize the reactive power compensation for the rural distribution system. In this study, the traditional ACOA was improved in two aspects： one was the local search strategy, and the other was pheromone mutation and re-initialization strategies. The reactive power optimization for a county＇s distribution network showed that the improved ACOA was practicable.     

一种改进的葡萄叶片自动分割算法

针对不同光照以及不同天气条件造成葡萄叶片图像不能准确分割的问题,提出了一种改进的图割分割算法。采用G/R以及a*颜色特征自动选择叶片目标和背景种子点,利用混合高斯模型对叶片和背景的概率密度分布进行估计;在马尔科夫随机场的基础上,建立像素特征的能量函数;通过求解能量函数最小化对叶片实现了自动分割。对多种不同分割特征的分割效果进行对比试验,结果表明:对于不同时间、不同天气的叶片图像,单一G/R和a*具有较好的效果,分割精度分别达到86.74%和92.38%,若用它们组合为双特征,分割效果会进一步提高,分割精度可达95.03%。