基于改进Faster R-CNN的马铃薯芽眼识别方法

为提高对马铃薯芽眼的识别效果，提出一种基于改进Faster R-CNN的马铃薯芽眼识别方法。对Faster R-CNN中的非极大值抑制(Non maximum suppression, NMS)算法进行优化，对与M交并比(Intersection over union, IOU) 大于等于Nt的相邻检测框，利用高斯降权函数对其置信度进行衰减，通过判别参数对衰减后的置信度作进一步判断；在训练过程中加入采用优化NMS算法的在线难例挖掘 (Online hard example mining, OHEM) 技术，对马铃薯芽眼进行识别试验。试验结果表明：改进的模型识别精度为96.32%，召回率为90.85%，F1为93.51%，平均单幅图像的识别时间为0.183s。与原始的Faster R-CNN模型相比，改进的模型在不增加运行时间的前提下，精度、召回率、F1分别提升了4.65、6.76、5.79个百分点。改进Faster R-CNN模型能够实现马铃薯芽眼的有效识别，满足实时处理的要求，可为种薯自动切块中的芽眼识别提供参考。     

基于混沌优化K均值算法的马铃薯芽眼的快速分割

为提高芽眼分割的准确性,该文实现了基于混沌优化K均值算法的马铃薯芽眼的快速分割。K均值算法具有有效性及易于实现的优点,但是容易陷入局部最优值的缺点造成了其聚类结果的不准确。混沌系统由于其遍历性和不重复性,能够以较快的速度执行全局搜索。该文提出的算法的主要思想就是将混沌变量映射到K均值算法的变量中,用混沌变量代替其寻找全局最优值。分割试验结果表明:该文提出的算法,不仅在分割准确性上优于当下流行的K均值算法和模糊C均值算法,而且在运行时间上也更胜一筹,K均值算法和模糊C均值算法分割一幅马铃薯芽眼的图像所需的平均时间分别为2.895 5 s和3.556 4 s,而该文提出的算法仅需1.109 s。当聚类数大于3时,该文提出的算法在运行时间上受聚类数目的影响非常小,这一特点可用于其他一些适合聚类数大于3的农作物上。试验结果还表明,对于该文中的样本,最佳聚类数不宜超过3。最后,精度试验验证了该文提出的算法能够对样本中的马铃薯芽眼实现完全,无遗漏的分割,总的分割精度为98.87%,其中,对正常的马铃薯芽眼分割精度可达100%,对特殊马铃薯的芽眼分割精度为91.67%,总体分割精度较好。因此,该文提出的算法能够为后续种薯的自动切块提供参考。     

基于深度学习的生姜种芽快速识别及其朝向判定

针对目前生姜机械化播种难以实现"种芽朝向一致"农艺要求的问题,该研究提出了一种基于深度学习的生姜种芽快速识别及其朝向判定的方法。首先,构建生姜数据集。其次,搭建YOLOv3网络进行种芽的识别,包括:使用Mosaic等在线数据增强方式,增加图像的多样性,解决小数据集训练时泛化能力不足的问题;引入DIo U(Distance Intersection over Union)边框回归损失函数来提高种芽识别回归效果;使用基于IoU的K-means聚类方法,经线性尺度缩放得到9个符合种芽尺寸的先验框,减少了先验框带来的误差。最后进行壮芽的选取及其朝向的判定。测试集中的结果表明,该研究提出的生姜种芽识别网络,平均精度和精准率、召回率的加权调和平均值F1分别达到98.2%和94.9%,采用GPU硬件加速后对生姜种芽的检测速度可达112帧/s,比原有YOLO v3网络的平均精度和F1值分别提升1.5%和4.4%,实现了生姜种芽的快速识别及其朝向的判定,为生姜自动化精确播种提供了技术保证。     

大蒜取种装置取种清种性能离散元模拟与试验

针对当前大蒜机械化种植单粒率低的问题,采用"取多留一"的设计思路,设计了爪式循环单粒取种装置,采用离散元技术建立大蒜充种与清种动力学模型,通过单因素仿真试验明晰了该装置完成单粒取种的内在机理。充种过程以取种爪中间板圆弧半径、圆心角及侧板横向间距为试验因素,以目标率为试验指标,通过Box-Behnken试验设计原理进行多因素仿真试验,得到影响目标率的参数依次为取种爪侧板横向间距、中间板圆心角、中间板圆弧半径;清种过程以清种栅板倾角为试验因素,以合格率、漏播率为试验指标,通过One-Factor试验设计原理进行清种性能试验,得到其响应曲线。采用Design-Expert8.0.6进行取种参数优化,结果表明各参数最优值分别为中间板圆弧半径为48.52 mm,中间板圆心角为72.59°,侧板横向间距为25.11 mm,栅板倾斜角度为7.41°;模型预测的目标率为90.64%,合格率为92.52%,漏播率为3.30%。开展了室内及大田试验,试验数据与优化结果一致,为大蒜机械化播种单粒取种技术研究提供了参考。