注意力与多尺度特征融合的水培芥蓝花蕾检测

准确辨识水培芥蓝花蕾特征是区分其成熟度,实现及时采收的关键。该研究针对自然环境下不同品种与成熟度的水培芥蓝花蕾外形与尺度差异大、花蕾颜色与茎叶相近等问题,提出一种注意力与多尺度特征融合的Faster R-CNN水培芥蓝花蕾分类检测模型。采用InceptionV3的前37层作为基础特征提取网络,在其ReductionA、InceptionA和InceptionB模块后分别嵌入SENet模块,将基础特征提取网络的第2组至第4组卷积特征图通过FPN特征金字塔网络层分别进行叠加后作为特征图输出,依据花蕾目标框尺寸统计结果在各FPN特征图上设计不同锚点尺寸。对绿宝芥蓝、香港白花芥蓝及两个品种的混合数据集测试的平均精度均值mAP最高为96.5%,最低为95.9%,表明模型能实现不同品种水培芥蓝高准确率检测。消融试验结果表明,基础特征提取网络引入SENet或FPN模块对不同成熟度花蕾的检测准确率均有提升作用,同时融合SENet模块和FPN模块对未成熟花蕾检测的平均准确率AP为92.3%,对成熟花蕾检测的AP为98.2%,对过成熟花蕾检测的AP为97.9%,不同成熟度花蕾检测的mAP为96.1%,表明模型设计合理,能充分发挥各模块的优势。相比VGG16、ResNet50、ResNet101和InceptionV3网络,模型对不同成熟度花蕾检测的mAP分别提高了10.8%、8.3%、 6.9%和12.7%,检测性能具有较大提升。在召回率为80%时,模型对不同成熟度水培芥蓝花蕾检测的准确率均能保持在90%以上,具有较高的鲁棒性。该研究结果可为确定水培芥蓝采收期提供依据。     

融合光谱混合分解与面向对象的土地利用/覆被分类

错综复杂的土地利用模式和破碎的地物斑块制约了土地利用/覆被分类的精度和效率。一方面,混合像元模糊了地物的光谱信息,影响了分类精度。另一方面,如何高效利用地物的光谱、形状和纹理特征是当前土地利用/覆被分类的研究热点。为了提高基于遥感技术的土地利用/覆被分类精度,该研究基于Sentinel-2A遥感影像,开展融合光谱混合分解与面向对象的土地利用/覆被分类研究。首先,基于地物的光谱、形状和纹理特征,在3个分割尺度通过NDWI（Normalized Difference Water Index)、NDVI（Normalized Difference Vegetation Index）、SBL（Soil Background Level）等8个特征参数构建了不同地物信息的提取规则。其次,利用光谱混合分解模型提取研究区基质（SL;岩石和土壤）、植被（GV;光合作用叶片）和暗色物质（DA;阴影和水）3类通用端元。最后,尝试融合3端元光谱特征优化地物信息提取规则。研究结果表明：1）基于构建的光谱、形状和纹理的地物信息提取规则,使用模糊函数、阈值法进行土地利用/覆被分类,获得了较高的分类精度,总体精度为80.83%,Kappa系数为0.76。2）融合3端元的光谱特征的提取规则将分类精度提升至90.00%,Kappa系数提升至0.88。3）具有明确物理意义的3端元的融入增强了像元内各组分信息的差异性,弥补了传统光谱指数对植被与土壤间的亮度信息解析度不足的缺陷。该方法能充分利用影像的光谱信息,是一种由易到难、对不确定因素进行逐层剥离的土地利用/覆被信息提取技术。因此,对中高分辨率的多光谱遥感影像十分友好,在土地利用/覆被的精细化分类中有较大应用潜力。     

基于WGAN和MCA-MobileNet的番茄叶片病害识别

针对番茄病害识别模型参数量大、计算成本高、准确率低等问题,本文提出一种基于多尺度特征融合和坐标注意力机制的轻量级网络（Multi scale feature fusion and coordinate attention MobileNet, MCA-MobileNet）模型。采集10类番茄叶片图像,采用基于Wasserstein距离的生成对抗网络（Wasserstein generative adversarial networks, WGAN）进行数据增强,解决了样本数据不足和不均衡的问题,提高模型的泛化能力。在原始模型MobileNet-V2的基础上,引入改进后的多尺度特征融合模块对不同尺度的特征图进行特征提取,提高模型对不同尺度的适应性;将轻量型的坐标注意力机制模块（Coordinate attention, CA）嵌入倒置残差结构中,使模型更加关注叶片中的病害特征,提高对病害种类的识别准确率。试验结果表明,MCA-MobileNet对番茄叶片病害的识别准确率达到94.11%,较原始模型提高2.84个百分点,且参数量仅为原始模型的1/6。该方法较好地平衡了模型的识别准确率和计算成本,为番茄叶片病害的现场部署和实时检测提供了思路和技术支撑。     

基于改进YOLO v5n的猪只盘点算法

猪只盘点是规模化养殖中的重要环节,为生猪精准饲喂和资产管理提供了依据。人工盘点不仅耗时低效,而且容易出错。当前已有基于深度学习的生猪智能盘点算法,但在遮挡重叠、光照等复杂场景下盘点精度较低。为提高复杂场景下生猪盘点的精度,提出了一种基于改进YOLO v5n的猪只盘点算法。该算法从提升猪只目标检测性能出发,构建了一个多场景的生猪数据集;其次,在主干网络中引入SE-Net通道注意力模块,引导模型更加关注遮挡条件下猪只目标信息的通道特征。同时,增加了检测层进行多尺度特征融合处理,使模型更容易学习收敛并预测不同尺度的猪只对象,提升模型遮挡场景的检测性能;最后,对边界框损失函数以及非极大值抑制处理进行了改进,使模型对遮挡的目标有更好的识别效果。实验结果表明,与原YOLO v5n算法相比,改进算法的平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)以及漏检率分别降低0.509、0.708以及3.02个百分点,平均精度(AP)提高1.62个百分点,达到99.39%,在复杂遮挡重叠场景下具有较优的精确度和鲁棒性。算法的MAE为0.173,与猪只盘点算法CClusnet、CCNN和PCN相比,分别降低0.2...     

多尺度自注意力特征融合的茶叶病害检测方法

针对茶叶病害检测面临的病害尺度多变、病害密集与遮挡等诸多问题,提出了一种多尺度自注意力茶叶病害检测方法(Multi-scale guided self-attention network, MSGSN)。该方法首先采用基于VGG16的多尺度特征提取模块,以获取茶叶病害图像在不同尺度下的局部细节特征,例如纹理和边缘等,从而有效表达多尺度的局部特征。其次,通过自注意力模块捕获茶叶图像中像素之间的全局依赖关系,实现病害图像全局信息与局部特征之间的有效交互。最后,采用通道注意力机制对多尺度特征进行加权融合,提升了模型对病害多尺度特征的表征能力,使其更加关注关键特征,从而提高了病害检测的准确性。实验结果表明,融合多尺度自注意力的茶叶病害检测方法在背景复杂、病害尺度多变等场景下具有更好的检测效果,平均精度均值达到92.15%。该方法可为茶叶病害的智能诊断提供参考依据。     

基于Web of Science数据的生物信息学同被引聚类分析

以Web of Science网络数据库中2007年的生物信息学文献为源文献,对高频被引论文进行同被引聚类分析,同时应用多维标度技术获得同被引论文的二维散点图,〖XD〗结合生物信息学和情报学知识总结该领域的学科结构和研究热点。

     

Multi-scale spatial relationships between soil total nitrogen and influencing factors in a basin landscape based on multivariate empirical mode decomposition

The relationships between soil total nitrogen(STN) and influencing factors are scale-dependent. The objective of this study was to identify the multi-scale spatial relationships of STN with selected environmental factors(elevation, slope and topographic wetness index), intrinsic soil factors(soil bulk density, sand content, silt content, and clay content) and combined environmental factors(including the first two principal components(PC1 and PC2) of the Vis-NIR soil spectra) along three sampling transects located at the upstream, midstream and downstream of Taiyuan Basin on the Chinese Loess Plateau. We separated the multivariate data series of STN and influencing factors at each transect into six intrinsic mode functions(IMFs) and one residue by multivariate empirical mode decomposition(MEMD). Meanwhile, we obtained the predicted equations of STN based on MEMD by stepwise multiple linear regression(SMLR). The results indicated that the dominant scales of explained variance in STN were at scale 995 m for transect 1, at scales 956 and 8852 m for transect 2, and at scales 972, 5716 and 12,317 m for transect 3. Multi-scale correlation coefficients between STN and influencing factors were less significant in transect 3 than in transects 1 and 2. The goodness of fit root mean square error(RMSE), normalized root mean square error(NRMSE), and coefficient of determination(R2) indicated that the prediction of STN at the sampling scale by summing all of the predicted IMFs and residue was more accurate than that by SMLR directly. Therefore, the multi-scale method of MEMD has a good potential in characterizing the multi-scale spatial relationships between STN and influencing factors at the basin landscape scale.     

城市化条件下的秦淮河流域径流多时间尺度变化特征及影响因素

[目的]探究城市化条件下的秦淮河流域径流多时间尺度变化特征及其内在联系,为定量分析气候变化和人类活动对流域水文循环演变研究提供科学依据。[方法]以秦淮河流域为研究区,基于1986—2015年水文气象资料和不透水面数据,采用Mann-Kendall趋势检验和Pettitt突变检验方法,分析秦淮河流域多时间尺度降雨和径流的变化特征,并通过建立广义可加模型GAMLSS,分析降雨和流域不透水面变化对不同时间尺度径流变化的影响。[结果](1)秦淮河流域不透水面在30 a间扩展迅速,从1988年的3.09%扩展至2015年的24.01%,增长了近8倍。(2)不同时间尺度下径流序列变化特征不同,其中年径流序列增加趋势显著,并在2001年发生突变。(3)不透水面对小洪水的影响较大。对于相同的时间尺度,一般情况下,流量小的径流序列受不透水面影响较大;对不同时间尺度,不透水面具有累积效应,随着时间尺度增大,不透水面对径流的影响增强。[结论]秦淮河流域城市化进程不断加快,不透水面扩张对不同时间尺度径流影响程度不同。     

基于改进Mask R-CNN模型的植物叶片分割方法

通过图像处理对植物叶片进行分割是研究植物表型性状的基础,但叶片间相互遮挡、叶片边缘特征不明显以及幼叶目标过小会对叶片分割效果造成很大的障碍。针对上述问题,该研究提出了一种基于改进Mask R-CNN模型的植物叶片分割方法,通过引入级联检测模块对模型检测分支进行改进,以提高遮挡叶片检测质量;利用注意力机制和一个2层3×3卷积模块对模型分割分支进行优化,以提高边缘特征表达能力;在模型测试过程中采用多尺度叶片分割策略,利用多个尺度上的最优目标以分割幼叶。测试结果表明,在CVPPP叶片分割挑战数据集中的对称最佳Dice得分Symmetric Best Dice（SBD）为90.3%,相比于利用域随机化数据增强策略并采用Mask R-CNN模型进行叶片实例分割的方法提高了2.3个百分点,叶片分割效果有显著提升。该研究提出的方法可以有效解决植物叶片分割效果不佳的问题,为植物表型研究提供技术支撑。     

基于多尺度分解的图像递进检索

提出了一种基于小波多尺度分解的图像递进检索匹配方法.首先用小波变换对图像进行多尺度分解,提取其各子带的前三阶矩(标准差、偏斜度)和最低频段(LL子带)的小波变换值作为特征值.然后在检索匹配时,用各尺度的标准差和偏斜度进行递进筛选,再用LL子带的HSV颜色直方图计算图像之间的相似性距离,进一步对检索结果求精.与传统的直接直方图方法比较,结果表明,运用该方法,不仅计算量大大降低,明显加快检索速度,而且检索精度也明显提高.同时,由于小波变换已经成为新一代图像压缩标准的核心,该方法可以直接在压缩域进行特征提取和检索.