基于改进YOLO v5s的奶山羊面部识别方法

为准确高效地实现无接触式奶山羊个体识别,以圈养环境下奶山羊面部图像为研究对象,提出一种基于改进YOLO v5s的奶山羊个体识别方法。首先,从网络上随机采集350幅羊脸图像构成羊脸面部检测数据集,使用迁移学习思想预训练YOLO v5s模型,使其能够检测羊脸位置。其次,构建包含31头奶山羊3 844幅不同生长期的面部图像数据集,基于预训练的YOLO v5s,在特征提取层中引入SimAM注意力模块,增强模型的学习能力,并在特征融合层引入CARAFE上采样模块以更好地恢复面部细节,提升模型对奶山羊个体面部的识别精度。实验结果表明,改进YOLO v5s模型平均精度均值为97.41%,比Faster R-CNN、SSD、YOLO v4模型分别提高6.33、8.22、15.95个百分点,比YOLO v5s模型高2.21个百分点,改进模型检测速度为56.00 f/s,模型内存占用量为14.45 MB。本文方法能够准确识别具有相似面部特征的奶山羊个体,为智慧养殖中的家畜个体识别提供了一种方法支持。     

基于改进YOLO v5的自然环境下樱桃果实识别方法

为提高对樱桃果实识别的准确率,提升果园自动采摘机器人的工作效率,使用采集到的樱桃原始图像以及其搭配不同数据增强方式得到的数据图像共1816幅建立数据集,按照8∶2将数据集划分成训练集与测试集。基于深度学习网络,利用YOLO v5模型分别对不同数据增强方式以及组合增强方式扩增后的樱桃数据集进行识别检测,结果表明离线增强与在线增强均对模型精度提升有一定的正向促进作用,其中采用离线数据增强策略能够显著且稳定的增加检测精度,在线数据增强策略能够小幅度提高检测精度,同时使用离线增强以及在线增强能够最大幅度的提升平均检测精度。针对樱桃果实之间相互遮挡以及图像中的小目标樱桃检测难等导致自然环境下樱桃果实检测精度低的问题,本文将YOLO v5的骨干网络进行改动,增添具有注意力机制的Transformer模块,Neck结构由原来的PAFPN改成可以进行双向加权融合的BiFPN,Head结构增加了浅层下采样的P2模块,提出一种基于改进YOLO v5的自然环境下樱桃果实的识别网络。实验结果表明：相比于其他已有模型以及单一结构改进后的YOLO v5模型,本文提出的综合改进模型具有更高的检测精度,使平均精度均值2提高了29个百分点。结果表明该方法有效的增强了识别过程中特征融合的效率和精度,显著地提高了樱桃果实的检测效果。同时,本文将训练好的网络模型部署到安卓(Android)平台上。该系统使用简洁,用户设备环境要求不高,具有一定的实用性,可在大田环境下对樱桃果实进行准确检测,能够很好地满足实时检测樱桃果实的需求,也为自动采摘等实际应用奠定了基础。     

基于改进YOLO v8s的羊只行为识别方法

羊只站立、行走、采食等日常行为与其健康状况密切相关,高效、准确的羊只行为识别有助于疾病检测,对实现羊只健康预警具有重要意义。针对目前羊只多行为识别检测大多基于传感器等接触式设备,羊只活动受限,行为具有局限性,且群体养殖环境下,羊只行为多样、场景复杂、存在遮挡等造成的行为识别精度低等问题,提出了一种基于改进YOLO v8s的羊只行为识别方法。首先,引入SPPCSPC空间金字塔结构增强了模型的特征提取能力,提升了模型的检测精度。其次,新增P2小目标检测层,增强了模型对小目标的识别和定位能力。最后,引入多尺度轻量化模块PConv和EMSConv,在保证模型识别效果的同时,降低了模型参数量和计算量,实现了模型轻量化。实验结果表明,改进YOLO v8s模型对羊只站立、行走、采食、饮水、趴卧行为平均识别精度分别为84.62%、92.58%、87.54%、98.13%和87.18%,整体平均识别精度为90.01%。与Faster R-CNN、YOLO v5s、YOLO v7、YOLO v8s模型相比,平均识别精度分别提高12.03、3.95、1.46、2.19个百分点。研究成果可为羊只健康管理和疾病预警提供技术支撑。     

基于改进YOLO v5s的作物黄化曲叶病检测方法

作物病害的初期快速准确识别是减小作物经济损失的重要保障。针对实际生产环境中,作物叶片黄化曲叶病毒病(Yellow leaf curl virus,YLCV)患病初期无法应用传统图像处理算法通过颜色或纹理特征进行准确和快速识别,并且YOLO v5s通用模型在复杂环境下识别效果差和效率低的问题,本文提出一种集成改进的叶片病害检测识别方法。该方法通过对Plant Village公开数据集中单一患病叶片图像以及实际生产中手机拍摄获取的患病作物冠层图像两种来源制作数据集,并对图像中的患病叶片进行手动标注等操作,以实现在复杂地物背景和叶片遮挡等情况下正确识别目标,即在健康叶片、患病叶片、枯萎叶片、杂草和土壤中准确识别出所有的患病叶片。此外,用智能手机在生产现场拍摄图像,会存在手机分辨率、光线、拍摄角度等多种因素,会导致识别正确率降低等问题,需要对采集到的图像进行预处理和数据增强以提高模型识别率,通过对YOLO v5s原始模型骨干网络重复多次增加CA注意力机制模块（Coordinate attention）,增强YOLO算法对关键信息的提取能力,利用加权双向特征金字塔网络（Bidirectional feature pyramid network,BiFPN）,增强模型不同特征层的融合能力,从而提高模型的泛化能力,替换损失函数EIoU（Efficient IoU loss）,进一步优化算法模型,实现多方法叠加优化后系统对目标识别性能的综合提升。在相同试验条件下,对比YOLO v5原模型、YOLO v8、Faster R-CNN、SSD等模型,本方法的精确率P、召回率R、平均识别准确率mAP0.5、mAP0.5:0.95分别达到97.40%、94.20%、97.20%、79.10%,本文所提出的算法在提高了精确率与平均精度的同时,保持了较高的运算速度,满足对作物黄化曲叶病毒病检测的准确性与时效性的要求,并为移动端智能识别作物叶片病害提供了理论基础。     

基于改进YOLO v4的笼养蛋鸭行为实时识别方法

蛋鸭行为模式是判断笼养鸭养殖过程中健康状况及福利状态的重要指标,为了通过机器视觉实现识别蛋鸭多行为模式,提出了一种基于改进YOLO v4 (You only look once)的目标检测算法,不同的行为模式为蛋鸭的养殖管理方案提供依据。本文算法通过更换主干特征提取网络MobileNetV2,利用深度可分离卷积模块,在提升检测精度的同时降低模型参数量,有效提升检测速度。在预测输出部分引入无参数的注意力机制SimAM模块,进一步提升模型检测精度。通过使用本文算法对笼养蛋鸭行为验证集进行了检测,优化后模型平均精度均值达到96.97%,图像处理帧率为49.28 f/s,相比于原始网络模型,平均精度均值及处理速度分别提升5.03%和88.24%。与常用目标检测网络进行效果对比,改进YOLO v4网络相较于Faster R-CNN、YOLO v5、YOLOX的检测平均精度均值分别提升12.07%、30.6%及2.43%。将本文提出的改进YOLO v4网络进行试验研究,试验结果表明本文算法可以准确地对不同时段的笼养蛋鸭行为进行记录,根据蛋鸭表现出的不同行为模式来帮助识别蛋鸭的异常情况,如部分行为发...     

低数据集下基于ASPP-YOLO v5的苋菜识别方法研究

针对田间苋菜识别存在准确率低、样本数量少等问题,通过引入扩展感受野和提取上下文信息的ASPP注意力机制改进YOLO v5苋菜识别模型,在低数据集下改进后的模型能够显著提高F1值和mAP。实验结果表明,在低数据集下引入ASPP注意力机制后苋菜识别模型F1值提高13个百分点、mAP提高18.6个百分点。采用横向录制的方式苋菜被检测到的概率提高15.4个百分点。因此,本研究为苋菜或其他杂草在低数据集下的识别提供了有效的方法,为农业领域的杂草识别和管理研究提供了参考。     

基于改进YOLO v5的复杂环境下桑树枝干识别定位方法

为实现复杂自然环境下对桑树嫩叶处枝干的识别检测,改变当前桑叶采摘设备作业过程中依赖人工辅助定位的现状,解决识别目标姿态多样和环境复杂导致的低识别率问题,提出一种基于改进YOLO v5模型的桑树枝干识别模型(YOLO v5-mulberry),并结合深度相机构建定位系统。首先,在YOLO v5的骨干网络中加入CBAM(Convolutional block attention module)注意力机制,提高神经网络对桑树枝干的关注度;并增加小目标层使模型可检测4像素×4像素的目标,提高了模型检测小目标的性能;同时使用GIoU损失函数替换原始网络中的IoU损失函数,有效防止了预测框和真实框尺寸较小时无法正确反映预测框及真实框之间位置关系的情况;随后,完成深度图和彩色图的像素对齐,通过坐标系转换获取桑树枝干三维坐标。试验结果表明：YOLO v5-mulberry检测模型的平均精度均值为94.2%,较原模型提高16.9个百分点,置信度也提高12.1%;模型室外检测时应检测目标数53,实际检测目标数为48,检测率为90.57%;桑树嫩叶处枝干三维坐标识别定位系统的定位误差为(9.498 5 mm...     

基于改进YOLO v5s的轻量化植物识别模型研究

为方便调查宁夏全区荒漠草原植物种类及其分布,需对植物识别方法进行研究。针对YOLO v5s模型参数量大,对复杂背景下的植物不易识别等问题,提出一种复杂背景下植物目标识别轻量化模型YOLO v5s-CBD。改进模型YOLO v5s-CBD在特征提取网络中引入带有Transformer模块的主干网络BoTNet(Bottleneck transformer network),使卷积和自注意力相结合,提高模型的感受野;同时在特征提取网络融入坐标注意力(Coordinate attention, CA),有效捕获通道和位置的关系,提高模型的特征提取能力;引入SIoU函数计算回归损失,解决预测框与真实框不匹配问题;使用深度可分离卷积(Depthwise separable convolution, DSC)减小模型内存占用量。实验结果表明,YOLO v5s-CBD模型在单块Nvidia GTX A5000 GPU单幅图像推理时间仅为8 ms,模型内存占用量为8.9 MB,精确率P为95.1%,召回率R为92.9%,综合评价指标F1值为94.0%,平均精度均值(mAP)为95.7%,在VOC数据集...     

基于改进YOLO v5的夜间温室番茄果实快速识别

为实现日光温室夜间环境下采摘机器人正常工作以及番茄快速识别,提出一种基于改进YOLO v5的夜间番茄果实的识别方法。采集夜间环境下番茄图像2 000幅作为训练样本,通过建立一种基于交并比的CIOU目标位置损失函数,对原损失函数进行改进,根据计算函数anchor生成自适应锚定框,确定最佳锚定框尺寸,构建改进型YOLO v5网络模型。试验结果表明,改进YOLO v5网络模型对夜间环境下番茄绿色果实识别精度、红色果实识别精度、综合平均识别精度分别为96.2%、97.6%和96.8%,对比CNN卷积网络模型及YOLO v5模型,提高了被遮挡特征物与暗光下特征物的识别精度,改善了模型鲁棒性。将改进YOLO v5网络模型通过编译将训练结果写入安卓系统制作快速检测应用软件,验证了模型对夜间环境下番茄果实识别的可靠性与准确性,可为番茄实时检测系统的相关研究提供参考。     

基于YOLO v5的农田杂草识别轻量化方法研究

针对已有杂草识别模型对复杂农田环境下多种目标杂草的识别率低、模型内存占用量大、参数多、识别速度慢等问题,提出了基于YOLO v5的轻量化杂草识别方法。利用带色彩恢复的多尺度视网膜(Multi-scale retinex with color restoration,MSRCR)增强算法对部分图像数据进行预处理,提高边缘细节模糊的图像清晰度,降低图像中的阴影干扰。使用轻量级网络PP-LCNet重置了识别模型中的特征提取网络,减少模型参数量。采用Ghost卷积模块轻量化特征融合网络,进一步降低计算量。为了弥补轻量化造成的模型性能损耗,在特征融合网络末端添加基于标准化的注意力模块(Normalization-based attention module,NAM),增强模型对杂草和玉米幼苗的特征提取能力。此外,通过优化主干网络注意力机制的激活函数来提高模型的非线性拟合能力。在自建数据集上进行实验,实验结果显示,与当前主流目标检测算法YOLO v5s以及成熟的轻量化目标检测算法MobileNet v3-YOLO v5s、ShuffleNet v2-YOLO v5s比较,轻量化后杂草识别模型内存占用量为6.23MB,分别缩小54.5%、12%和18%;平均精度均值(Mean average precision,mAP)为97.8%,分别提高1.3、5.1、4.4个百分点。单幅图像检测时间为118.1ms,达到了轻量化要求。在保持较高模型识别精度的同时大幅降低了模型复杂度,可为采用资源有限的移动端设备进行农田杂草识别提供技术支持。     

基于改进MobileFaceNet的羊脸识别方法

针对羊只个体差异较小,相似度高难以辨别,远距离识别准确率不高等问题,本文基于MobileFaceNet网络提出了一种融合空间信息的高效通道注意力机制的羊脸识别模型,对羊只进行非接触式识别。该研究基于YOLO v4目标检测方法生成羊脸检测器,以构建羊脸识别数据库;在MobileFaceNet的深度卷积层和残差层中引入融合空间信息的高效通道注意力(ECCSA),以增加主干特征的提取范围,提高识别率,并采用余弦退火进行动态学习率调优,最终构建ECCSA-MFC模型,实现羊只个体识别。试验结果表明,在羊脸检测上,基于YOLO v4的羊脸检测模型准确率可达97.91%,可以作为脸部检测器;在羊脸识别上,ECCSA-MFC模型在开集验证中识别率可达88.06%,在闭集验证中识别率可达96.73%。该研究提出的ECCSA-MFC模型在拥有较高识别率的同时更加轻量化,模型所占内存仅为4.8 MB,可为羊场智慧化养殖提供解决方案。     

基于改进YOLO v8的牛只行为识别与跟踪方法

随着我国畜牧业的快速发展,牛只养殖由分散性养殖逐渐向精准化养殖转变。针对分散养殖中农户无法对每头牛只健康状况给予足够关注的问题,通过分析牛只行为模式结合视觉方向特征,设计了综合管理方法来准确识别和跟踪牛只行为。首先,采用改进YOLO v8算法对牛只进行目标监测,其中,在Backbone和Neck端使用C2f-faster结构,增强模型特征提取能力;引入上采样算子CARAFE,拓宽感受视野进行数据特征融合;针对牛只幼仔检测加入BiFormer注意力机制,以识别牛只小面积特征;更换动态目标检测头DyHead,融合尺度、空间和任务感知;然后,使用Focal SIoU函数,解决正负样本分配不均衡和CIoU局限性的问题。最后,将YOLO v8检测到的行为类别信息引入BoTSORT算法中,实现在复杂场景下牛只多目标行为识别跟踪。实验结果表明,提出的FBCD-YOLO v8n（FasterNet、BiFormer、CARAFE、DyHead）模型在牛只行为数据集上,相比较YOLO v5n、YOLO v7tiny和原YOLO v8n模型的mAP@0.5分别提升3.4、3.1、2.4个百分点,尤其牛只回舔行为识别平均精度提高7.4个百分点。跟踪方面,BoTSORT算法的MOTA为96.1%,MOTP为78.6%,IDF1为98.0%,HOTA为78.9%;与ByteTrack、StrongSORT算法比,MOTA和IDF1显著提升,跟踪效果良好。研究表明,在牛舍养殖环境下,本研究构建的多目标牛只行为识别跟踪系统,可有效帮助农户监测牛只行为,为牛只的自动化精准养殖提供技术支持。     

基于改进YOLO v5的宁夏草原蝗虫识别模型研究

针对草原蝗虫图像具有样本收集困难、目标较小和目标多尺度等技术难点,基于YOLO v5网络,提出了一种复杂背景下多尺度蝗虫目标检测识别模型YOLO v5-CB,用于宁夏草原常见蝗虫检测。改进模型YOLO v5-CB针对蝗虫原始样本量较少的问题,使用CycleGAN网络扩充蝗虫数据集;针对蝗虫图像中的小目标特征,使用ConvNeXt来保留小目标蝗虫的特征;为有效解决蝗虫图像尺度特征变换较大问题,在颈部特征融合使用Bi-FPN结构,来增强网络对多尺度目标的特征融合能力。实验结果表明,在对宁夏草原常见亚洲小车蝗、短星翅蝗、中华剑角蝗进行检测识别时,YOLO v5-CB的识别精度可达98.6%,平均精度均值达到96.8%,F1值为98%,与Faster R-CNN、YOLO v3、YOLO v4、YOLO v5模型相比,识别精度均有提高。将改进的蝗虫检测识别模型YOLO v5-CB与研发的分布式可扩展生态环境数据采集系统结合,构建了基于4G网络的Web端蝗虫识别平台,可对观测点的蝗虫图像进行长期实时检测。目前,该平台已在宁夏回族自治区盐池县大水坑、黄记场、麻黄山等地的草原生态环境数据获取中得到了应用,可对包括宁夏草原蝗虫信息在内的多种生态环境信息进行长期检测和跟踪,为虫情防治等提供决策依据。     

基于改进YOLO v8-Pose的红熟期草莓识别和果柄检测

针对高架栽培模式下的大棚草莓,借鉴人体姿态检测算法,建立了改进YOLO v8-Pose模型对红熟期草莓进行识别与果柄关键点检测。通过对比YOLO v5-Pose、YOLO v7-Pose、YOLO v8-Pose模型,确定使用YOLO v8-Pose模型作为对红熟期草莓识别与关键点预测的模型。以YOLO v8-Pose为基础,对其网络结构添加Slim-neck模块与CBAM注意力机制模块,提高模型对小目标物体的特征提取能力,以适应草莓数据集的特点。改进YOLO v8-Pose能够有效检测红熟期草莓并准确标记出果柄关键点,P、R、mAP-kp分别为98.14%、94.54%、97.91%,比YOLO v8-Pose分别提高5.41、5.31、8.29个百分点。模型内存占用量为22 MB,比YOLO v8-Pose的占用量小6 MB。此外,针对果园非结构化的特征,探究了光线、遮挡与拍摄角度对模型预测的影响。对比改进前后的模型在复杂环境下对红熟期草莓的识别与果柄预测情况,改进YOLO v8-Pose在受遮挡、光线和角度影响情况下的mAP-kp分别为94.52%、95.48%、94.63%,较...