基于GAN网络的菌菇表型数据生成研究

生成式对抗网络是基于对抗过程生成数据模型的新框架,它能够生成高质量的图像数据,为解决小样本数据、非均衡数据分析等提供了行之有效的方法。菌菇作为重要的真菌之一,其种类繁多,数据长尾分布、非均衡性等为其表型智能化识别与分类带来了困难。针对蘑菇表型数据,设计了一个高效的蘑菇表型生成式对抗网络MPGAN。研究了菌菇表型数据生成技术,设计了用于菌菇表型数据生成的生成式对抗网络结构,系统分为模型训练和表型图像生成两个模块。为了提升生成质量,使用Wasserstein距离和带有梯度惩罚的损失函数。利用开源数据和私有数据集测试学习率、处理所需的批次数EPOCH与Wasserstein距离。系统生成的菌菇表型数据为后期菌菇数据分类与识别提供了大数据基础。     

基于改进残差网络的黑毛猪肉新鲜度识别方法

为了提高黑毛猪肉新鲜度的识别准确率,提出基于改进残差网络和迁移学习的黑毛猪肉新鲜度识别方法。首先,根据猪肉的微生物菌体浓度、大肠菌菌体浓度和pH值,结合国家标准,将猪肉新鲜度分为7个类别;然后,将ResNet-50模型用PfidSet数据集训练,使其具有抽取图像特征的能力,利用模型迁移和模型微调对ResNet-50模型进行改进,即用一个3层的自适应网络取代ResNet-50模型的全连接层和分类层,再使用在PfidSet上训练的网络参数初始化改进的ResNet-50模型权重,运用LReLu-Softplus作为自适应网络的激活函数;最后,将改进ResNet-50模型在猪肉样品的图像数据集上学习得到的知识,迁移到黑毛猪肉新鲜度识别任务。选取7类共计23 427幅黑毛猪肉图像组成样本集,从样本集中随机选择80%的样本用作训练集、其余20%用作测试集进行测试,试验结果表明,迁移学习能够明显提高模型的收敛速度和识别性能,数据扩充有助于增加数据的多样性,避免出现过拟合现象,在迁移学习和数据扩充方式下的总体识别准确率达到94. 5%,是一种高效的猪肉新鲜度识别方法。     

基于改进ShuffleNetV2模型的荔枝病虫害识别方法

为更好地助力荔枝病虫害防治工作,推进荔枝产业健康发展,本文以所收集的荔枝病虫害图像数据集为研究对象,基于轻量型卷积神经网络ShuffleNetV2模型,提出一个高精度、稳定且适用于荔枝病虫害的识别模型SHTNet。首先,在ShuffleNetV2模型中引入注意力机制SimAM,不额外增加网络参数的同时,增强重要特征的有效提取,强化荔枝病虫害特征并抑制背景特征。其次,在保证模型识别精度的同时,采用激活函数Hardswish减少网络模型参数量,使网络更加轻量化。最后,在改进模型上采用迁移学习方法,将源数据（Mini-ImageNet数据集）学习到的知识迁移到目标数据（数据增强后的荔枝病虫害图像数据集）,增强模型识别不同的荔枝病虫害种类的适应性。实验结果表明,与原始ShuffleNetV2模型相比,本文提出的荔枝病虫害识别模型SHTNet的准确率达到84.9%,提高8.8个百分点;精确率达到78.1%,提高9个百分点;召回率达到73.2%,提高8.8个百分点;F1值达到75.8%,提高10.2个百分点;且综合性能明显优于ResNet34、ResNeXt50和MobileNetV3-large模型。本文提出的荔枝病虫害识别模型具有较高的识别精度和较强的泛化能力,为荔枝病虫害实时在线识别奠定了技术基础。     

基于改进Mask R-CNN的植物表型智能检测算法

针对高通量自动化获取的植物表型性状图像的智能检测问题,采用迁移学习和改进掩膜区域卷积神经网络(Mask R-CNN)设计植物表型智能检测分割算法。首先对残差网络进行优化,并利用特征金字塔网络(FPN)对输入图像进行特征提取;然后调整候选区域提取网络(RPN)中锚框的长宽比例和阈值,并在RoIAlign中通过双线性插值法保留了特征图的空间信息;最后改进Mask检测头,并增加特征融合机制以获得高质量的掩膜。在西瓜突变体生长情况的性状表型数据集上进行训练和检测,得到结果表明：改进后的Mask R-CNN表现出更优的检测性能,与传统Mask R-CNN相比,检测精度提高22%,掩膜准确率提高2.7%,检测时间减少42 ms,为提升农业精准化水平和推动智慧农业发展提供了技术支撑。     

基于CycleGAN和注意力增强迁移学习的小样本鱼类识别

围绕水产养殖水下目标精准识别的产业发展需求,针对小样本目标识别精度低、模型算法场景适应能力差等问题,提出一种基于改进循环对抗网络（Cycle constraint adversarial network, CycleGAN）样本扩增和注意力增强迁移学习的小样本养殖鱼类识别方法。利用水下采样装备收集实际养殖场景和可控养殖场景大黄鱼图像,并以可控场景图像作为辅助样本集。利用CycleGAN为基础框架实现辅助样本到实际养殖场景图像的迁移,并提出一种基于最大平均差异（Maximum mean discrepancy, MMD）的迁移模型损失函数优化方法。在迁移学习阶段使用ResNet50为基础框架,并引入SK-Net（Selective kernel network）注意力机制优化模型对不同感受野目标的感知能力,提升模型对无约束鱼类目标的识别精度。试验结果表明,本文方法有效提升了小样本鱼类目标的识别能力,鱼类识别召回率达到94.33%,平均精度均值达到96.67%,为鱼类行为跟踪和表型测量提供了有效的技术支撑。     

基于MobileNetV3Small-ECA的水稻病害轻量级识别研究

为实现水稻病害的轻量化识别与检测,使用ECA注意力机制改进MobileNetV3Small模型,并使用共享参数迁移学习对水稻病害进行智能化轻量级识别和检测。在PlantVillage数据集上进行预训练,将预训练得到的共享参数迁移到对水稻病害识别模型上微调优化。在开源水稻病害数据集上进行试验测试,试验结果表明,在非迁移学习下,识别准确率达到97.47%,在迁移学习下识别准确率达到99.92%,同时参数量减少26.69%。其次,通过Grad-CAM进行可视化,本文方法与其他注意力机制CBAM和SENET相比,ECA模块生成的结果与图像中病斑的位置和颜色更加一致,表明网络可以更好地聚焦水稻病害的特征,并且通过可视化和各水稻病害分析了误分类原因。本文方法实现了水稻病害识别模型的轻量化,使其能够在移动设备等资源受限的场景中部署,达到快速、高效、便携的目的。同时开发了基于Android的水稻病害识别系统,方便于在边缘端进行水稻病害识别分析。     

基于半监督主动学习的菊花表型分类研究

鉴于人工和专家分类模式的局限性,基于表型的菊花分类存在效率低下的问题。本文采用基于半监督主动学习技术,在已分类菊花数据的基础上,利用未标号菊花样本数据提供的信息,建立了菊花表型分类模型,提升了分类质量和效率。该模型可以不依赖外界交互,利用未标号样本来自动提升菊花分类的质量。为了训练学习模型,本文收集了菊花的表型特征数据,标注了菊花表型类别,并研究了菊花分类属性特征的编码技术。在此数据集上,采用基于图标号传播的半监督学习技术对未标号的菊花数据进行建模,为了提升半监督分类的有效性,在标号传播的基础上使用主动学习技术,采用熵最大策略来选择难以识别的样本,以改进分类质量。在该数据集上进行了试验验证,并进行了试验对比和分析,试验结果表明,本文方法能够较好地利用未标号菊花样本提升分类的精度,随着标号百分比从6.25%升至23%,识别精度达到0.7以上,标号百分比在81.25%时,平均识别精度和召回率分别达到0.91和0.88。     

数据集对基于深度学习的作物病害识别有效性影响

基于深度学习的作物病害自动识别已成为农业信息化领域新的研究热点,为探究数据集的大小和质量对基于深度学习的作物病害识别有效性的影响,研究不同数据集训练得到的模型识别效果并进行了分析。以338张玉米病害数据集为例,对其进行数据增强、移除背景和细分割划分等处理,设计5个AlexNet框架的CNN网络模型并利用不同类型的数据集进行测试,使用十倍交叉法验证识别结果。试验结果表明:使用不同数量和等级的数据训练后的模型识别准确率分别为56.80%、78.30%、80.50%、89.30%和81.00%。在获得每个网络的最终精度后,挑选出识别错误的图像进行分析,结合前人的研究结果,得出影响深度神经网络用于作物病害识别有效性的9个主要因素。数据集对基于深度学习的作物病害识别有效性的影响因素主要分为带注释的数据集大小、叶片症状代表性、协变量转移、图像背景情况、图像数据获取过程、症状分割、特征多变性、并发性病害以及症状的相似性等这9类,该试验能够为深度学习技术田间病害识别的实际应用中提供依据和指导。     

基于CNN和迁移学习的农作物病害识别方法研究

互联网是一个巨大的资源库,也是一个丰富的知识库。针对农作物小样本引起的过拟合问题,本研究引入了知识迁移和深度学习的方法,采用互联网公开的ImageNet图像大数据集和PlantVillage植物病害公共数据集,以实验室的黄瓜和水稻病害数据集AES-IMAGE为对象开展相关的研究与试验。首先将批归一化算法应用于卷积神经网络CNN中的AlexNet和VGG模型,改善网络的过拟合问题;再利用PlantVillage植物病害数据集得到预训练模型,在改进的网络模型AlexNet和VGG模型上用AES-IMAGE对预训练模型参数调整后进行病害识别。最后,使用瓶颈层特征提取的迁移学习方法,利用ImageNet大数据集训练出的网络参数,将Inception-v3和Mobilenet模型作为特征提取器,进行黄瓜和水稻病害特征提取。本研究结合试验结果探讨了适用于农作物病害识别问题的最佳网络和对应的迁移策略,表明使用VGG网络参数微调的策略可获得的最高准确率为98.33%,使用Mobilenet瓶颈层特征提取的策略可获得96.8%的验证准确率。证明CNN结合迁移学习可以利用充分网络资源来克服大样本难以获取的问题,提高农作物病害识别效率。     

基于迁移学习和Mask R-CNN的稻飞虱图像分类方法

针对当前稻飞虱图像识别研究中自动化程度较低、识别精度不高的问题,提出了一种基于迁移学习和Mask R-CNN的稻飞虱图像分类方法。首先,根据稻飞虱的生物特性,采用本团队自主研发的野外昆虫图像采集装置,自动获取稻田稻飞虱及其他昆虫图像;采用VIA为数据集制作标签,将数据集分为稻飞虱和非稻飞虱两类,并通过迁移学习在Res Net50框架上训练数据;最后,基于Mask R-CNN分别对稻飞虱、非稻飞虱、存在干扰以及存在黏连和重合的昆虫图像进行分类实验,并与传统图像分类算法(SVM、BP神经网络)和Faster R-CNN算法进行对比。实验结果表明,在相同样本条件下,基于迁移学习和Mask R-CNN的稻飞虱图像分类算法能够快速、有效识别稻飞虱与非稻飞虱,平均识别精度达到0. 923,本研究可为稻飞虱的防治预警提供信息支持。     

基于深度主动学习与CBAM的细粒度菊花表型识别

针对菊花种类繁多,花型差别细微,准确标注比较困难的问题,基于深度主动学习与混合注意力机制模块(Convolutional block attention module,CBAM),提出了一种标号数据不足情况下的菊花表型智能识别方法和框架。首先,通过主动学习策略基于最优标号和次优标号法（Best vs second best,BvSB）在未标记菊花样本中选取信息量较大的样本进行标记,并将标记后的样本放入训练样本中;其次,使用深度卷积神经网络ResNet50作为本文的主干网络训练标记样本,引入混合注意力机制模块CBAM,使模型能够更为准确地提取细粒度图像中的高层语义信息;最后,用更新后的训练样本继续训练分类模型,直到模型达到迭代次数后停止。实验结果表明,该方法在少量菊花标记样本下,精确率、召回率和F1值分别达到93.66%、93.15%和93.41%。本文方法可为标号数据不足情况下的菊花等花卉智能化识别提供技术支撑。     

基于残差网络和小样本学习的鱼图像识别

针对鱼种类多、数据采集难度大,且需要细粒度图像识别等问题,提出了一种基于度量学习的小样本学习方法.采用基于度量学习的小样本学习网络以及ResNet18的残差块结构,提取鱼图像的深层次特征,并将其映射至嵌入空间进而在嵌入空间判断鱼的种类.为了进一步提升识别准确率,利用小样本学习模型在mini-ImageNet数据集进行预...     

基于树木整体图像和集成迁移学习的树种识别

为解决自然场景中拥有复杂背景的树木整体图像识别问题,提出了一种基于树木整体图像和集成迁移学习的树种识别方法。首先使用Alex Net、Vgg Net-16、Inception-V3及ResNet-50这4种在Image Net大规模数据集上预训练的模型对图像进行特征提取,然后迁移到目标树种数据集上,训练出4个不同的分类模型,最后通过相对多数投票法和加权平均法建立集成模型。构建了一个新的树种图像数据集——Trees Net,基于该数据集,设计了多类实验,并将该方法与传统的图像识别方法进行了分析比较。实验结果表明:该方法对复杂背景下树种图像识别准确率达到99. 15%,对于树木整体图像识别具有较好的效果。     

基于颜色掩膜网络和自注意力机制的叶片病害识别方法

为了提取到更加准确、丰富的叶片病斑的颜色特征和空间特征,解决病害严重程度细粒度分类粗糙、识别准确率低等问题,提出一种融合颜色掩膜网络和自注意力机制(Fusion color mask and self-attention network, FCMSAN)的病害识别方法。FCMSAN由颜色掩膜网络(Color mask network,CMN)和融合通道自适应的自注意力网络(Channel adaptive self-attention network, CASAN)构成。CMN通过学习叶片病斑颜色区域信息提高模型提取颜色特征的能力;CASAN能够提取全局范围内的病斑特征,同时加入病斑的位置特征和通道自适应特征,可以精确、全面定位叶片病斑区域。最后通过特征转换融合模块（Transfer fusion layer,TFL）将CMN和CASAN进行融合。经实验证明,FCMSAN在61类农作物病虫害细粒度识别中,Top-1的分类准确率达到87.97%,平均F1值达到84.48%。最后通过可视化分析,验证了本文方法在病害识别中的有效性。     

基于Mask R-CNN的蘑菇成熟度检测方法

蘑菇成熟度是判断蘑菇是否可采摘的决定性依据,当前大多数蘑菇培育基地都是依靠人工经验判断蘑菇是否成熟,这不仅对人工经验要求极高,而且增加了劳动强度。针对上述问题,研究了一种基于Mask R-CNN网络的蘑菇目标检测及识别方法,对蘑菇进行单体分割从而判断其成熟度。试验结果表明,该方法能对蘑菇是否成熟做出准确判断,对推广蘑菇的智能化种植具有重要意义。      

基于Res2Net和双线性注意力的番茄病害时期识别方法

针对番茄叶片型病害在早晚期具有类内差异大、类间差异小的特点,常规神经网络对此类病害的分类效果不佳的问题,提出了基于Res2Net和双线性注意力的番茄病害时期识别方法,通过多尺度特征和注意力机制,提高网络的细粒度表征能力。首先,提出EFCA通道注意力模块,在不降维的基础上,使用二维离散余弦变换代替全局平均池化,以减少常规通道注意力获取时的信息丢失。其次,在外积之后加入最大池化和concat操作,避免双线性融合后因维度过高导致的特征冗余。在7种不同种类和14种不同程度病害番茄叶面型病害数据集实验中,本文方法分类准确度分别为98.66%和86.89%。