基于卷积神经网络的番茄叶部病害识别方法

【目的】利用卷积神经网络构建作物病害识别模型,提高识别性能,解决作物病害识别性能低、泛化效果差等问题。【方法】通过数据增广技术增加样本多样性,引入聚焦损失改进模型学习目标,解决样本非均衡问题,分析比较不同卷积神经网络结构的识别性能,并用类激活图生成技术度量模型的可靠性。在番茄叶部病害数据集上验证方法的有效性。【结果】应用数据增广技术后,模型在简单背景样本上的识别准确率提高了1.0%,在复杂背景样本上提高了12.5%;聚焦损失使模型的准确率提高了0.1%;该模型的识别准确率为99.8%,对各类病害的召回率在97.3%以上;应用类激活图技术生成的显著性图可有效标识模型在识别过程中的重点关注区域。【结论】该方法能够有效解决病害图像样本非均衡问题,提高了病害识别模型的泛化性能,同时类激活图可以用于分析模型的可靠性,从而为番茄叶部病害防治提供参考。     

作物害虫图像智能识别方法

【目的】针对作物害虫数据集样本较少、现有单一模型在作物害虫识别上的准确率不高以及泛化能力较差的问题,提出一种基于迁移学习与多模型集成的害虫识别模型。【方法】在大规模公开作物害虫数据集IP102上进行试验,使用迁移学习单独训练6个深层神经网络,选择识别性能较好的EfficientNet、Vision Transformer、Swin Transformer和ConvNeXt进行组合,采用不同策略集成预测结果。【结果】提出的基于迁移学习与多模型集成方法的识别准确率达到75.75%,比性能最好的单模型ConvNeXt提高了1.34%,与目前该数据集上最优算法(CA-EfficientNet)的性能相比,识别准确率高出了6.3%。【结论】害虫图像智能识别模型具有较好的稳定性与泛化能力。     

基于改进YOLOv7-Tiny的成熟草莓识别模型研究

【目的】成熟草莓的快速、准确识别是高效机械采摘的关键技术,针对草莓生长环境中果实堆叠、叶片遮挡和小目标等问题,提出一种改进YOLOv7-Tiny的成熟草莓识别模型。【方法】该模型在YOLOv7-Tiny模型的基础上,将骨干网络中CBL卷积块的LeakeyReLU激活函数替换为SiLU函数,提高模型的非线性拟合程度与特征学习能力。为降低模型的参数量和计算量,实现模型轻量化,提高识别速度,引入轻量化RepGhost网络。在YOLOv7-Tiny模型的小目标层加入C3模块,降低模型参数量,增加网络深度,增强模型对小目标的信息提取能力,从而提高被遮挡草莓以及小目标草莓的识别准确度,进一步提高模型的识别速度。以设施草莓为试验样本对改进YOLOv7-Tiny模型进行对比试验。【结果】相较于YOLOv7-Tiny模型,改进YOLOv7-Tiny模型训练的收敛速度快,模型拟合后损失曲线的波动幅度小且稳定,训练的损失值小,模型的鲁棒性好。与原模型的对比试验结果表明,改进YOLOv7-Tiny模型的参数量降低26.9%,计算量降低55.4%,识别速度提高26.3%,识别平均准确率（mAP）为89.8%。消...     

基于多尺度特征提取深度残差网络的水稻害虫识别

【目的】在水稻生产过程中,针对不同虫害需要采用不同的防治方案,水稻害虫的准确识别分类是制定针对性防治方案的前提。【方法】采用深度学习结合机器视觉的方法,基于Res2Net结构提出了一种多尺度特征提取的深度残差网络,通过准确地提取害虫特征实现复杂自然背景下的水稻害虫识别;采用改进的残差结构,使用等级制的类残差连接取代了原本的3×3卷积核,增加了每个网络层的感受野,可以更细粒度地提取多尺度特征。【结果】本网络训练的模型能够有效地识别自然背景下的水稻害虫,在自建的包含22类常见水稻害虫的图像数据集上,平均识别准确率达到了92.023%,优于传统的ResNet、VGG等网络。【结论】本文提出的模型可应用于水稻虫情自动监测系统,为实现水稻害虫虫情的机器视觉监测提供参考。     

融合多头注意力的轻量级作物病虫害识别

【目的】解决当前病虫害识别方法参数多、计算量大、难以在边缘嵌入式设备部署的问题，实现农作物病虫害精准识别，提高农作物产量和品质。【方法】提出一种融合多头注意力的轻量级卷积网络(Multi-head attention to convolutional neural network,M2CNet)。M2CNet采用层级金字塔结构，首先，结合深度可分离残差和循环全连接残差构建局部捕获块，用来捕捉短距离信息；其次，结合全局子采样注意力和轻量级前馈网络构建轻量级全局捕获块，用来捕捉长距离信息。提出M2CNet-S/B/L 3个变体以满足不同的边缘部署需求。【结果】M2CNetS/B/L参数量分别为1.8M、3.5M和5.8M，计算量(Floating point operations,FLOPs)分别为0.23G、0.39G和0.60G。M2CNet-S/B/L对PlantVillage病害数据集取得了大于99.7%的Top5准确率和大于95.9%的Top1准确率，对IP102虫害数据集取得了大于88.4%的Top5准确率和大于67.0%的Top1准确率，且比同级别的模型表现优异。【结论】该方...     

牛结节性皮肤病病毒基因组学研究进展

【目的】通过调节训练集内实验室场景图片与田间场景图片的分布,提高深度学习模型的准确度, 以减少植物病害识别深度学习模型对田间场景数据的依赖。【方法】通过调节训练集内实验室场景图片和田间 场景图片的分布,使用 ResNeSt-50、VGG-16、ResNet-50 等 3 种神经网络结构分别对训练得到的深度学习模型 进行测试和比较,从而优化植物病害识别模型。【结果】在由一定数量的植物病害图像组成的训练集内,调节 其中不同场景图片的分布会对模型的准确率产生影响。当训练集内的田间场景图片分布达 30% 时,模型准确率 提升 18% 以上。在 100% 实验室场景图片的训练集内添加 30% 田间场景图片,可提升模型准确率 17% 以上;在 100% 田间场景图片的训练集内添加实验室场景图片,模型准确率随图片数量增加而提升,提升幅度为 2%~4%。 【结论】该方法适用于农业复杂环境下高准确度病害识别模型的快速建立,可减少深度学习模型对田间场景数 据的依赖,缩短模型建立初期的田间数据采集周期,降低田间数据采集成本,促进人工智能技术在无人农场及 智慧农业中更有效地运用。     

基于改进SSD算法的轻量化三七病害检测

【目的】针对目前三七Panax notoginseng病害识别模型结构复杂、参数庞大,难以实现在移动设备上部署的问题,提出一种基于SSD(Single shot multibox detector)目标检测的改进模型,以期实现三七病害检测的便捷化、快速化与精准化。【方法】基于SSD模型架构,采用轻量化卷积神经网络(MobileNet)替换原始特征提取网络(VGG16),降低主干网络的参数量与计算量,同时根据人类视觉皮层中群智感受野(pRF)的大小与其视网膜图中偏心率之间的函数关系,构建RFB模块,用该模块替换原SSD模型框架顶部卷积层,从而增强网络深层特征,提高轻量化模型的检测精度与检测速度,实现多尺度三七病害检测。【结果】与SSD模型相比,RFBMobileNet-SSD模型网络参数量和参数计算量分别降低了96.67%和96.10%。在不同天气条件下应用模型对4种不同病害数据进行验证发现,改进模型的准确率提高了4.6个百分点,召回率提高了6.1个百分点,F1精度提高了5.4个百分点,单幅图像检测时间由SSD模型的0.073 s缩短为0.020 s,尺寸仅为SSD模型的54.6%。【结...     

基于改进YOLOX-Nano算法的柑橘梢期长势智能识别

【目的】采用机器视觉技术开展柑橘梢期的智能感知技术研究,以解决背景与目标颜色相似造成识别精度低的问题,实现柑橘梢期自动监测,探索算法的改进方法。【方法】根据不同卷积层提取特征的特点与不同注意力机制的作用,提出了一种基于多注意力机制改进的YOLOX-Nano智能识别模型,建立多元化果园数据集并进行预训练。【结果】改进的YOLOX-Nano算法使用果园数据集作为预训练数据集后,各类别平均精度的平均值(Mean average precision, mAP)达到88.07%。与YOLOV4-Lite系列模型相比,本文提出的改进模型在使用较少的参数和计算量的情况下,识别精度有显著的提升,mAP分别比YOLOV4-MobileNetV3和YOLOV4-GhostNet提升6.58%和6.03%。【结论】改进后的模型在果园监测终端的轻量化部署方面更具有优势,为农情实时感知和智能监测提供了可行的数据和技术解决方案。     

基于BP和Adaboost-BP神经网络的 羊肉新鲜度高光谱定性分析

【目的】 实现对羊肉新鲜度的快速准确鉴别。【方法】 研究通过对460~1 000 nm的羊肉高光谱图像纯肌肉部分提取光谱数据,以挥发性盐基氮(TVB-N)值对新鲜度等级进行划分,对预处理后的光谱数据分别采用连续投影算法(SPA)、主成分分析(PCA)两种压缩降维方法和反向传播(BP)神经网络、自适应提升BP(Adaboost-BP)神经网络两种建模方法开展羊肉新鲜度的分类比较。【结果】 其中采用SPA、PCA建立的BP模型校正集与预测集准确率均为100%、83.33%,建立的Adaboost-BP模型校正集与预测集准确率均为100%、94.44%,两种压缩降维方法下Adaboost-BP模型效果均优于BP模型。【结论】 利用高光谱图像技术结合Adaboost-BP方法对羊肉新鲜度等级进行分类判别是可行的。     

基于优化卷积神经网络的玉米螟虫害图像识别

【目的】随着人工智能和大数据技术的不断发展,针对常规玉米虫害识别方法存在的准确率和效率低等问题,本文提出了一种基于改进GoogLeNet卷积神经网络模型的玉米螟虫害图像识别方法。【方法】首先通过迁移学习将GoogLeNet的Inception-v4网络结构知识转移到玉米螟Pyrausta nubilalis虫害识别的任务上,构建模型的训练方式;然后通过数据增强技术对玉米螟虫图像进行样本扩充,得到神经网络训练模型的数据集;同时利用Inception模块拥有多尺度卷积核提取多尺度玉米螟虫害分布特征的能力构建网络模型,并在试验过程中对激活函数、梯度下降算法等模型参数进行优化;最后引入批标准化(BN)操作加速优化模型网络训练,并将该模型运用到玉米螟虫害识别中。【结果】基于TensorFlow框架下的试验结果表明,优化后的神经网络算法对玉米螟虫害图像平均识别准确率达到了96.44%。【结论】基于优化的卷积神经网络识别模型具有更强的鲁棒性和适用性,可为玉米等农作物虫害识别、智能诊断提供参考。     

基于物联网的害虫智能监测系统设计与实现

【目的】针对传统害虫监测手段存在时耗长、人工成本高、数据质量不高等问题,将性诱捕技术与物联网技术相结合,开发基于物联网的害虫智能监测系统,实现对目标害虫的自动计数。【方法】应用诱芯与高压电网相结合进行害虫诱捕,采用红外传感器进行害虫计数,通过4G网络进行数据传输。基于.net平台开发害虫监测Web管理网站、害虫监测APP、数字植保微信公众号等配套软件系统,用户可以通过电脑、手机APP、微信等多终端远程浏览查询数据。【结果】以蔬菜重要害虫斜纹夜蛾为例,通过在厦门同安、三明尤溪的蔬菜基地的田间试验结果显示,厦门同安试验点的诱捕效果为276.14%,自动计数准确率为93.52%;三明尤溪试验点诱捕效果为162.60%,自动计数准确率为81.59%,表明该自动监测系统的害虫诱捕率和识别准确率均较高。【结论】开发的害虫智能监测系统实现了害虫测报的自动化和智能化,提高了害虫监测的效率,在害虫预测预报中具有广阔的应用前景。     

基于轻量级SE-PPM的自然状态烟叶正副组分类算法

【目的】针对自然状态烟叶传统正副组分类速度慢、正副组易错分、特征提取困难的问题,提出了一种基于轻量级SE PPM的自然状态烟叶正副组分类算法（SAPMDSNet）。【方法】基于轻量级ShuffleNetV2网络,先通过降低网络卷积深度和进化激活函数,加快网络模型的训练速度;再引入通道注意力机制SE模块,增强通道间的特征差异,提高网络模型的表征能力,避免正副组烟叶叶部区域化导致的组别错分;最后通过嵌入金字塔池化模块PPM充分融合烟叶显露特征与全局信息,增强对正副组烟叶上下文信息的聚合,并采用自行构建的烟叶数据集进行对比试验。【结果】SAPMDSNet网络模型的分类准确率为91.09%,计算量（FLOPs）为151.70 M,取得了相对较高的分类效果。与原网络ShuffleNetV2模型和轻量级GhostNet模型相比,SAPMDSNet网络模型的FLOPs分别升高2.65%和2.84%,而识别准确率则分别提高2.72和21.13个百分点;MobileNetV2、DenseNet和SqueezeNet模型的识别准确率分别为87.02%,89.53%和87.60%,虽均与SAPMDSNet模型的识别准确率接近,但其FLOPs明显较SAPMDSNet模型大。【结论】构建的SAPMDSNet模型能提高烟叶正副组分类精度且具有较好的整体性能,为烤烟烟叶品质初筛提供了新的思路和方法。     

害虫种群动态的蝴蝶突变模型与分析

【目的】利用蝴蝶突变模型的性质分析害虫种群数量发生突变的条件和机理。【方法】在已有的害虫种群动态模型基础上添加农药影响因素,建立受天敌、气象环境因素、农药及植被状况影响的害虫种群动态蝴蝶突变模型,并对蝴蝶突变分歧点集所分各个控制区域的系统势函数和平衡点情况进行分析。【结果】建立了害虫种群动态的蝴蝶突变模型,并利用蝴蝶突变的性质描述了害虫种群数量变化中的突跳和滞后等现象,解释了害虫种群动态的蝴蝶突变特征。【结论】害虫种群动态蝴蝶突变模型可用于解释昆虫种群动态的蝴蝶突变特征。     

WheatRS：一个小麦品系比较试验数据的综合分析软件

【目的】开发出一个基于品系比较试验数据的综合性分析软件，能够对试验数据完成筛选、可视化等分析，同时能够交互性地依据品比试验数据构建产量模型，实现特定区域的产量预测及品种评估。【方法】软件采用R语言及相关函数包，基于Shiny架构设计了一款集数据分析与预测为一体的小麦品比试验分析软件。【结果】目前，该软件版本v. 1.0拥有育种数据的筛选模块、品系信息可视化模块、品种产量及育种潜力分析模块，可通过CSDN资源库下载。【结论】该软件能够对小麦品系比较试验数据进行科学有效的可视化分析及预测分析，交互性强，利于小麦育种工作者的品种选育。     

无人机遥感图像中的玉米雄穗轻量化检测模型

【目的】玉米雄穗在玉米生产及品种鉴别等方面具有重要的作用,其性状在一定程度上也和产量相关,自动监测玉米抽雄期能有效观察玉米生长状况,现阶段的玉米雄穗检测方法无法很好地完成实时检测任务,从而提出一种兼顾检测精度与检测速度的新检测模型。【方法】使用无人机在中国西南地区的玉米农田采集数据样本,对数据样本进行处理,共得到1 000张有效数据,使用LabelImg软件标注出样本中雄穗的位置和大小。为使试验模拟出复杂环境下的玉米雄穗在不同气候与光照呈现出不同的特征,随机采用镜像对称、仿射变换、高斯加噪、对比度变化的方式对数据样本增强至11 000张,以此制作数据集。选用检测精度高但参数量和计算量较大的YOLOv4作为检测的基准模型,为了减少模型参数量与计算量,更好地完成雄穗实时检测任务,新的检测模型使用轻量级神经网络GhostNet替换YOLOv4的主干特征提取网络,在加强特征提取网络中使用深度可分离卷积模块替代普通卷积模块,并将激活函数更换为稀疏性较强的ReLU6,从而有效地进行轻量化。【结果】轻量化后的新模型参数量为43.4 MB,计算量为3.55 GFLOPs,仅占原基准模型YOLOv4的1...     

基于改进YOLOv4模型的茶叶病害识别

【目的】提出了一种改进的YOLOv4模型,为自然环境下3种常见茶叶病害（茶白星病、茶云纹叶枯病和茶轮斑病）的快速精准识别提供支持。【方法】使用MobileNetv2和深度可分离卷积来降低YOLOv4模型的参数量,并引入卷积注意力模块对YOLOv4模型进行识别精度改进。采用平均精度、平均精度均值、图像检测速度和模型大小作为模型性能评价指标,在相同的茶叶病害数据集和试验平台中,对改进YOLOv4模型与原始YOLOv4模型、其他目标检测模型（YOLOv3、SSD和Faster R CNN）的病害识别效果进行对比试验。【结果】与原始YOLOv4模型相比,改进YOLOv4模型的大小减少了83.2%,对茶白星病、茶云纹叶枯病和茶轮斑病识别的平均精度分别提高了6.2%,1.7%和1.6%,平均精度均值达到93.85%,图像检测速度为26.6帧/s。与YOLOv3、SSD和Faster R-CNN模型相比,改进YOLOv4模型的平均精度均值分别提高了6.0%,13.7%和3.4%,图像检测速度分别提高了5.5,7.3和11.7帧/s。【结论】对YOLOv4模型所使用的改进方法具备有效性,所提出的改进YOLOv4模型可以实现对自然环境下3种常见茶叶病害的快速精准识别。     

基于注意力残差机制的细粒度番茄病害识别

【目的】解决温室环境下细粒度番茄病害识别方法不足问题。【方法】以早、晚期5种番茄病害叶片为研究对象,提出一种基于注意力与残差思想相结合的新型卷积神经网络模型ARNet。通过引入多层注意力模块,层次化抽取病害分类信息,解决早期病害部位分散、特征难以提取难题;为避免网络训练出现退化现象,构建残差模块有效融合高低阶特征,同时引入数据扩充技术以防止模型过拟合。【结果】对44 295张早、晚期病害叶片数据集进行模型训练与测试的结果表明,与VGG16等现有模型相比,ARNet具有更好的分类表现,其平均识别准确率达到88.2%,显著高于其他模型。ARNet对早期病害识别准确率明显优于晚期病害,验证了注意力机制在提取细微区域特征上的有效性,且在训练过程中未发生过度抖动的状况。【结论】本文提出的模型具有较强鲁棒性和较高稳定性,在实际应用中可为细粒度番茄病害智能诊断提供参考。     

基于改进YOLOv7的水稻害虫识别方法

为解决水稻害虫体型小且不同类型害虫外观差异小、同类型害虫不同生长过程中外观差异大导致水稻害虫难以识别的问题,将卷积块注意力和特征金字塔模块引入图像识别网络YOLOv7。以湖北省鄂州市水稻种植基地为样本采集点,构建一个具有挑战性的大规模水稻虫害数据集;根据样本分布特点进行数据增强,引入随机噪声、Mixup、Cutout等数据增强方法,使深度学习模型从更深的维度学习害虫判别力视觉特征;将MobileNetv3作为主干网络,对YOLOv7网络进行改进,并构建基于特征金字塔的多尺度神经网络模型,提升小个体害虫的识别精度。试验结果显示,基于改进YOLOv7的水稻虫害检测平均准确率为85.46%,超越YOLOv7、EfficientNet-B0等网络。改进YOLOv7模型大小为20.6 M,检测速度为92.2 帧/s,检测速度是原始YOLOv7算法的5倍以上。结果表明,该方法能用于实现水稻虫害远程实时自动化识别。     

基于改进ResNet18的胡麻干旱胁迫识别与分类研究

【目的】为实现在移动端对胡麻干旱胁迫实时监测,解决传统机器学习方法在识别分类时准确率低、速度慢的问题,提出一种基于改进ResNet18的胡麻干旱胁迫分类识别方法。【方法】首先在网络中添加卷积块注意力（CBAM）模块,强化网络对胁迫特征的提取能力;其次调整残差块中批标准层、激活函数、卷积块的连接顺序,实现对输入的样本数据进行归一化操作;最后将ReLU激活函数替换成LeakyReLU激活函数,避免出现神经死亡现象。试验分为无胁迫、轻度干旱、重度干旱3个水分胁迫处理,分批次采集不同干旱程度胡麻叶片图像,数据样本按3∶1分为训练集与测试集,并使用数据增强的方法增加样本的多样性。【结果】改进ResNet18模型分类准确率高达98.67%,相比于ResNet18和VGG16分别提高6.14和4.87个百分点,而模型所需参数大小仅为42.80 MB,单幅图像推理时间为17.50 ms。【结论】该文模型对胡麻干旱胁迫具有更好的分类识别效果,能够实现嵌入式设备上胡麻干旱胁迫识别的实时性要求。可为胡麻干旱监测、机械化生产等研究提供技术支持。     

多变环境下基于多尺度卷积网络的猪个体识别

【目的】通过实现复杂多变环境下非接触式猪个体身份识别,提高畜牧行业的生产效率。【方法】以猪舍环境下猪的脸部图像为基础,提出了一种基于多尺度卷积神经网络在多变环境下的猪个体身份识别模型。利用改进的多尺度网络结构,该模型实现了深度和宽度的扩展,网络深度达到了86层。网络不仅使用了对称和非对称的两种方法拆分卷积核和多通道的方法并行提取猪脸特征,还利用网络融合技术和Batch Normalization结构过滤掉通道中的冗余信息。避免了深层网络参数激增,增强了模型对猪脸特征的提取能力并提高模型的识别速度。利用预处理后的11 695张猪脸数据集训练并验证模型,通过设置7组不同环境下的对比实验,分析改进的模型在复杂环境下的识别效果。【结果】86层的基于多尺度分类网络的识别模型权重大小和每轮样本的训练时间分别为498.4 M和66 s,比16层的VGG网络权重小1140 M,每轮训练速度快8 s。利用7组测试集的对比实验的结果表明,提出的模型在7种环境下的识别率都高于其他网络,尤其是在真实养殖环境下识别率高达99.81%。当猪脸图像中出现遮挡和旋转的情况时,提出的模型识别率皆高于92%。【结论】提出的针对脸部特征的猪个体身份识别模型是有效的,并在多变环境下具有较高的识别率和鲁棒性,为实现一体化管理及追踪溯源的研究提供参考。