反射振幅估计的相容性

本文基于Ｒｏｂｉｓｏｎ褶积模型和Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉ－Ｇａｕｓｓｉａｎ反射列，在极大似然准则和某些假设下，证明了当信噪比趋于无穷大时，振幅估计收敛于它的真值，振幅估计是相容的。     

改进RetinaNet的刺梨果实图像识别

为实现加工车间刺梨果实的快速识别,提出一种基于改进的RetinaNet刺梨果实图像的识别方法。基于RetinaNet的模型,对RetinaNet框架中Focal loss的bias进行改进,使其能根据不同的情况控制bias的取值,再运用维度聚类算法找出Anchor的较好尺寸并匹配到相对应的特征层,对卷积神经网络结构进行优化。通过改进RetinaNet目标检测算法对7426幅刺梨果实图像进行检测识别,并与原始RetinaNet目标检测算法对比。试验结果表明:改进的RetinaNet网络模型识别方法对6类刺梨果实的识别率分别为99.47%、91.42%、96.92%、90.92%、96.89%和93.53%,平均识别率为94.86%;相对于原始RetinaNet目标检测算法,改进算法的识别准确率提高4.21%,单个刺梨果实检测时间由60.99 ms缩减到57.91 ms,检测时间缩短5.05%。本文改进算法对加工车间刺梨果实的识别具有较高的正确率和实用性。     

基于迁移学习和金字塔卷积网络的河蟹个体图像识别方法研究

针对目前河蟹追溯成本高、消费者无法细粒度地追溯单体河蟹信息等问题,提出一种基于迁移学习和金字塔卷积的河蟹背甲图像个体识别算法。该算法使用金字塔卷积层替换普通残差卷积块构建网络模型,可以从蟹背图像中提取多尺度、深层次的特征信息。结果显示:采用金字塔卷积结构的Resnet34和Resnet50的准确率分别为98.38%、98.51%,与使用普通卷积层的模型相比,准确率提升5.49%、1.3%,而当模型深度达到101层时,模型性能不再明显提升。与使用金字塔卷积结构的全新学习模型相比,迁移学习方法的训练收敛迭代轮次从20轮降低至5轮,此时模型准确率为98.88%,较全新学习的准确率提升0.37%,同时弥补了样本量较少的问题。该研究为河蟹个体识别追溯提供了理论依据和技术支持。     

基于改进YOLOv4模型的全景图像苹果识别

苹果果园由于密植栽培模式,果树之间相互遮挡,导致苹果果实识别效果差,并且普通的图像采集方式存在图像中果实重复采集的问题,使得果实计数不准确。针对此类问题,该研究采用全景拍摄的方式采集苹果果树图像,并提出了一种基于改进YOLOv4和基于阈值的边界框匹配合并算法的全景图像苹果识别方法。首先在YOLOv4主干特征提取网络的Resblock模块中加入scSE注意力机制,将PANet模块中的部分卷积替换为深度可分离卷积,且增加深度可分离卷积的输出通道数,以增强特征提取能力,降低模型参数量与计算量。将全景图像分割为子图像,采用改进的YOLOv4模型进行识别,通过对比Faster R-CNN、CenterNet、YOLOv4系列算法和YOLOv5系列算法等不同网络模型对全景图像的苹果识别效果,改进后的YOLOv4网络模型精确率达到96.19%,召回率达到了95.47%,平均精度AP值达到97.27%,比原YOLOv4模型分别提高了1.07、2.59、2.02个百分点。采用基于阈值的边界框匹配合并算法,将识别后子图像的边界框进行匹配与合并,实现全景图像的识别,合并后的结果其精确率达到96.17%,召回率达到95.63%,F1分数达到0.96,平均精度AP值达到95.06%,高于直接对全景图像苹果进行识别的各评价指标。该方法对自然条件下全景图像的苹果识别具有较好的识别效果。     

基于轻量级SSD模型的夜间金蝉若虫检测

为实现夜间树上金蝉若虫的快速准确检测,该研究以自然环境图像数据集为研究对象,结合近距离实际应用场景,考虑到嵌入式系统的模型小型化和计算过程轻量化,在保持精度指标基本不变的前提下,基于适度削减模型深度、宽度的思路对已有目标检测网络MobileNet-SSD提出改进。具体措施包括：删除骨干网络末端的小尺寸特征图卷积层,逐级裁剪模型整体宽度、适当增加中高层卷积深度,在目标检测的分类层和预测框的回归层中使用深度可分离卷积代替传统3×3卷积等措施,先后获取3种改进的精简模型以进行比较。夜间图像测试结果表明,在基本保持网络性能的前提下,改进后的模型大小及计算量均呈现大幅减小,其中最优模型大小从原MobileNet-SSD的15.22 MB减少到1.51 MB,模型的浮点运算量也由原先的1.13×109减少到1.26×108,其平均准确率达90.46%,平均交并比达83.52%,F1分数达92.35%,GPU上的检测速度达179.3帧/s,CPU上的检测速度达到6.49帧/s,与改进前的模型相比具有更好的综合性能,白天图像的试验结果也显示出较好的泛化性能。该文提出的改进模型在大幅减少模型大小及其计算量的同时使模型性能保持在一个较高的水平,更适合部署在移动终端等资源受限设备上,可为金蝉的人工养殖提供有益参考。     

基于卷积神经网络的空心村高分影像建筑物检测方法

基于卷积神经网络(CNN)提出了一种适用于空心村高分影像的建筑物自动检测方法,该方法利用多尺度显著性检测来获取包含建筑物信息的显著性区域,然后通过滑动窗口获取显著性区域内目标样本块,再将这些样本块输入训练好的CNN并结合SVM来实现分类。为检验方法有效性,选取高分影像进行实验,结果表明,显著性检测能够有效地获取主要目标,减弱其他无关目标的影响,降低数据冗余;卷积神经网络能够自动学习高层次的特征,基于CNN对高分影像进行建筑物检测,分类准确度可以达到97.6%,表明该方法具有较好的鲁棒性和有效性。     

一种非刚性运动目标图像跟踪的改进算法

针对玉米秸秆粉碎后抛撒运动的特点，提出一种改进的变形模板跟踪算法实现非刚性目标的运动跟踪，在两个方面对原有的算法进行了改进：1)选择适当的预测方法，减少遮挡物体对研究目标的影响。2)通过选择适当的特征区域把运动目标限制在局部区域，而不是对整帧图像进行处理。试验证明了该算法在目标跟踪的实现效率、精确性方面有一定的优势。     

基于一维轻量化CNN的山地索道轴承故障诊断

为保证山地果园索道安全稳定运行,并在网络环境较差的山地果园实现对索道驱动系统轴承故障诊断,该研究提出了一种一维端对端轻量化CNN检测方法1D-MRL-CNN（one-dimensional mountain ropeways lightweight convolutional neural network ）,直接对采集到的一维振动信号进行检测。基于残差结构（residual structure）和深度可分离卷积（deep separable convolution）,引入BN（batch normalization）层,在保证检测精度的同时大幅度降低模型的参数量和复杂度,并提升鲁棒性和泛化能力,适用于索道的变负荷工作状态;采用改进stem block模块、h_swish激活函数并在主体模块最后一层添加通道注意力机制（squeeze and excitation, SE）,提高网络模型的特征提取能力。为了验证模型的综合性能、变负荷工况下的稳定性以及抗噪声干扰性能,利用帕德博恩（paderborn university, PU）和凯斯西储（case western reserve university, CWRU）数据集进行试验验证。PU数据集试验结果表明,该方法故障分类准确率达99.43%,相比同类最优网络分类准确率提高0.97个百分点;参数量为83.44 kB,分别是Resnet18、VGG16、MobileNetV3-large和ShuffleNetV1模型的2.19%、0.81%、2.84%和3.31%。CWRU数据集试验结果表明,该方法在变负荷工况下的平均准确率达96.70%,比Resnet18、WDCNN和MobileNetV3-large网络分别高9.1、4.7和10.5个百分点;在4种噪声工况下的平均识别准确率达99.14%,比Resnet18、WDCNN和MobileNetV3-large网络分别高4.74、1.24和5.51个百分点。最后通过自建数据集对模型的实际工况故障分类效果进行验证,1 400个样本中仅有2个故障样本预测错误,准确率达99.86%。本研究的网络模型参数量小、准确率高,在变负荷和有噪声的工况下鲁棒性较高,适用于山地果园运输索道的轴承故障检测。     

基于帧间路径搜索和E-CNN的红枣定位与缺陷检测

针对红枣自动分级视频图像中红枣定位、缺陷检测难问题,提出一种基于帧间最短路径搜索的目标定位方法和集成卷积神经网络模型(Ensemble-convolution neural network,E-CNN)。通过建立图像坐标系及图像预处理,获得图像中单个红枣目标的位置坐标,并将其映射至空间坐标系中,结合帧间最短路径判定规则,实现目标位置坐标随视频时间序列更新、传递,并且运用此方法快速、有效地构建数据集。基于"Bagging"集成学习方式,采用E-CNN通过训练集构建基础卷积神经网络树模型,再根据每棵基础树模型输出结果,通过"投票"方式得出模型最终结果。试验结果表明,利用帧间最短路径搜索的目标定位方法,定位准确率达100%。同时,使用E-CNN,模型的识别正确率和召回率分别达到98. 48%和98. 39%,分类精度大于颜色特征分类模型(86. 62%)、纹理特征分类模型(86. 40%)和基础卷积神经网络模型(95. 82%)。E-CNN模型具有较高的识别正确率及较强的鲁棒性,可为其他农产品分选、检测提供参考。