基于改进YOLO v7的农田复杂环境下害虫识别算法研究

为使巡检机器人能够对体积小且密集、形态多变、数量多且分布不均的害虫进行高效精准识别,提出了一种基于改进YOLO v7的害虫识别方法。该方法将CSP Bottleneck与基于移位窗口Transformer(Swin Transformer)自注意力机制相结合,提高了模型获取密集害虫目标位置信息的能力;在路径聚合部分增加第4检测支路,提高模型对小目标的检测性能;将卷积注意力模块(CBAM)集成到YOLO v7模型中,使模型更加关注害虫区域,抑制背景等一般特征信息,提高被遮挡害虫的识别精确率;使用Focal EIoU Loss损失函数减少正负样本不平衡对检测结果的影响,提高识别精度。采用基于实际农田环境建立的数据集的实验结果表明,改进后算法的精确率、召回率及平均精度均值分别为91.6%、82.9%和88.2%,较原模型提升2.5、1.2、3个百分点。与其它主流模型的对比实验结果表明,本文方法对害虫的实际检测效果更优,对解决农田复杂环境下害虫的精准识别问题具有参考价值。     

基于视觉感知的蔬菜害虫诱捕计数算法

针对当前大田环境条件下对害虫进行识别研究的不足,以南方蔬菜重大害虫为研究对象,探索了一种在大田环境下使用黄色诱捕板对蔬菜害虫进行监测计数的方法。在经典图像处理算法基础上,根据害虫监测目标的需要,提出了一种基于结构化随机森林的害虫图像分割算法和利用不规则结构的特征提取算法,进一步结合背景去除、干扰目标去除和检测模型计数子算法,集成设计了基于视觉感知的蔬菜害虫计数算法(Vegetable pest counting algorithm based on visual perception,VPCA-VP)。使用了现场环境下拍摄的图像进行实验与分析,共识别出蓟马9351只,烟粉虱202只,实蝇23只。经过与人工计数比对得出,本文基于视觉感知的蔬菜害虫计数算法的平均识别正确率为94.89%。其中,蔬菜害虫蓟马的识别正确率为93.19%,烟粉虱的识别正确率为91%,实蝇的识别正确率达到100%。算法达到了较好的测试性能,可以满足害虫快速计数需求,在农田害虫监测中有一定的应用前景。     

基于深度学习的害虫识别技术综述

在虫情监测和害虫防范治理过程中,准确识别害虫是有效解决农业领域虫害问题的重要前提。依靠专家知识和人工经验进行虫情诊断的方式效率较为低下,自动化和智能化水平较差,而采用深度学习、计算机视觉等智能化技术手段可以大幅度提升害虫识别过程的效率、准确度,并降低人工成本。概述了基于深度学习的害虫识别技术发展现状,分析深度学习技术在害虫图像识别领域的实现原理和优势,阐述国内外专家学者在基于深度学习的害虫识别技术领域的最新研究进展,提出该技术领域面临的挑战,并对发展方向进行预测。该文可为深入开展害虫识别和分类技术在智慧农业上的应用研究提供参考。      

基于计算机视觉的害虫识别技术研究进展

害虫自动识别技术是实现农业现代化的关键。机器视觉技术在害虫识别上的应用促进了害虫自动识别技术的发展。为此,针对国内外在农业害虫识别领域的研究现状,全面、系统地分析了基于机器视觉技术的害虫识别研究进展及应用情况;同时,阐述了利用数学形态学法、二叉树法、人工神经网络等方法识别害虫的理论依据、研究情况及关键问题,指出了实现自动识别的前景及难点,以期促进该项技术在我国的应用。     

基于SCResNeSt的低分辨率水稻害虫图像识别方法

针对稻田自然环境下害虫移动,难以近距离拍摄高质量图像,导致在现有识别模型检测时无法达到满意识别精度的问题,提出了一种基于SCResNeSt的低分辨率水稻害虫图像识别方法。首先,使用增强型超分辨率生成对抗网络（ESRGAN）对低分辨率图像进行数据增强,解决低分辨率水稻害虫有效信息少的问题;其次构建了SCResNeSt网络,使用3个连续的3×3卷积层替换ResNet50中第1个7×7卷积,以减少计算量;使用自校准卷积替代第2层卷积层中的3×3卷积,通过内部通信显式地扩展每个卷积层的视场,获取害虫图像的部分背景信息,从而丰富输出特征;在主干网络中使用ResNeSt block（Split-attention network block）进一步提升图像中害虫信息获取的准确性。最终,将优选模型移植到手机端,开发了轻量化的移动端水稻害虫识别系统。实验结果表明,与现有方法对比,ESRGAN数据增强方法可以恢复真实的作物害虫信息,SCResNeSt模型有效提高了水稻害虫的识别性能,识别精度达到91.20%,比原始ResNet50网络提高3.2个百分点,满足野外实际场景下的应用需求。本研究为水稻害虫智能化识别和防治提供了技术基础。     

基于MS-YOLO v7的多尺度稻飞虱识别分类方法

智能虫情测报灯下害虫的精准识别和分类是实现稻田虫情预警的前提,为解决水稻害虫图像识别过程中存在分布密集、体态微小、易受背景干扰等造成识别精度不高的问题,提出了一种基于MS-YOLO v7（Multi-Scale-YOLO v7）轻量化稻飞虱识别分类方法。首先,采用稻飞虱害虫诱捕装置搭建稻飞虱害虫采集平台,获取的稻飞虱图像构成ImageNet数据集。然后,MS-YOLO v7目标检测算法采用GhostConv轻量卷积作为主干网络,减小模型运行的参数量;在Neck部分加入CBAM注意力机制模块,有效强调稻飞虱区别度较高的特征通道,抑制沉冗无用特征,准确提取稻飞虱图像中的关键特征,动态调整特征图中不同通道的权重;将SPPCSPS空间金字塔池化模块替换SPPFS金字塔池化模块,提高网络模型对各分类样本的特征提取能力;同时将YOLO v7模型中的SiLU激活函数替换为Mish激活函数,增强网络的非线性表达能力。试验结果表明,改进后的MS-YOLO v7在测试集上的模型平均精度均值（Mean average precision,mAP）为95.7%,精确率（Precision）为96.4%,召回率（Recall）为94.2%,与Faster R-CNN、SSD、YOLO v5、YOLO v7网络模型相比mAP分别提高2.1、3.4、2.3、1.6个百分点,F1值分别提高2.7、4.1、2.5、1.4个百分点。改进后的模型内存占用量、参数量、浮点运算数分别为63.7MB、2.85×107、7.84×1010,相比YOLO v7模型分别缩减12.5%、21.7%、25.4%,MS-YOLO v7网络模型对稻飞虱种间害虫均能实现高精度的识别与分类,具有较好的鲁棒性,可为稻田早期稻飞虱虫情预警提供技术支持。     

基于形色筛选的苹果园羽化害虫粘连图像分割方法

针对苹果园害虫识别过程中的粘连问题,提出了一种基于形色筛选的害虫粘连图像分割方法。首先,采集苹果园害虫图像,聚焦于羽化害虫。害虫在羽化过程中已完成大部分生长发育,其外部形态、颜色、纹理更为稳定显著。因此,基于不同种类害虫的形色特征信息分析,来获取害虫HSV分割阈值和模板轮廓。其次,利用形状因子判定分割粘连区域,通过颜色分割法和轮廓定位分割法来实现非种间与种间粘连害虫的分割。最后,对采集的苹果园害虫图像进行了试验分析,采用基于形色筛选的分割法对单个害虫进行分割,结果表明,本文方法的平均分割率、平均分割错误率和平均分割有效率分别为101%、3.14%和96.86%,分割效果优于传统图像分割方法。此外,通过预定义的颜色阈值,本文方法实现了棉铃虫、桃蛀螟与玉米螟的精准分类,平均分类准确率分别为97.77%、96.75%与96.83%。同时,以Mask R-CNN模型作为识别模型,平均识别精度作为评价指标,分别对已用本文方法和未用本文方法分割的害虫图像进行识别试验。结果表明,已用本文方法分割的棉铃虫、桃蛀螟和玉米螟害虫图像平均识别精度分别为96.55%、94.80%与95.51%,平均识别精度分别提高16.42、16.59、16.46个百分点。这表明该方法可为果园害虫精准识别提供理论和方法基础。     

基于颜色特征的油菜害虫机器视觉诊断研究

害虫的准确识别是针对性地施用农药以有效治理虫害的基础,而人工识别的劳动强度大且主观性强。为此,提出了一种利用颜色特征的害虫视觉识别技术。使用GrabCut算法从虫害图像中分割出完整的害虫主体图像并计算其最小外接矩形区域的H/S通道直方图,使用害虫基准图像对其进行直方图反向投影并计算交叉匹配指数。匹配指数和害虫标签共同组成的特征向量用于训练C4.5分类器。计算待检害虫图像的交叉匹配指数,输入分类器即可得到识别结果。实验结果表明:该技术可准确识别菜蝽、菜青虫、猿叶甲、跳甲及蚜虫5种害虫,准确率达到92%。     

淹灌和间歇灌溉对晚稻田节肢动物群落多样性影响

为探明节水灌溉对稻田节肢动物多样性影响,采用群落生态学研究方法,比较了淹灌和间歇灌溉2种不同灌溉模式下稻田节肢动物群落多样性。结果表明:间歇灌溉增加了水稻各生育期节肢动物群落科数和种数,有效提高了天敌类群种类数和数量,全生育期种类数平均增加24.4%,数量平均增加26.2%,在拔节孕穗期种类数和数量增加率均达到最高,种类数高于淹灌125.0%,数量高于淹灌50.0%。间歇灌溉有效提高了稻田节肢动物天敌群落多样性,降低害虫群落多样性,害虫、天敌类群D_(MG)、H′、S和E在间歇灌溉下受环境波动影响小,各多样性指数的消长基本一致,整体天敌与害虫群落分布具有稳定性。节水灌溉有助于实现对稻田害虫的生态控制。     

基于改进Faster R-CNN的田间黄板害虫检测算法

针对黄板诱捕的害虫体积小、数量多和分布不均匀,难以进行害虫识别的问题,引入当前主流目标检测模型Faster R-CNN对黄板上的小菜蛾、黄曲条跳甲和烟粉虱等主要害虫进行识别与计数,提出一种基于改进Faster R-CNN的田间黄板害虫检测算法（Mobile terminal pest Faster R-CNN,MPF R-CNN）。该算法将ResNet101网络与FPN网络相结合作为特征提取网络,并在RPN网络设计多种不同尺寸锚点对特征图像进行前景和背景判断,使用ROIAlign替代ROIPooling进行特征映射,以及使用双损失函数进行算法参数控制。对2440幅样本图像的实验分析表明,在真实复杂的自然环境下,MPF R-CNN对烟粉虱、黄曲条跳甲、小菜蛾和其他大型害虫（体长大于5mm）检测的平均精度分别为87.84%、86.94%、87.42%和86.38%;在35cm×25cm黄板上不超过480只的低密度下平均精度均值为93.41%,在480~960只害虫的中等密度下平均精度均值为89.76%。同时实验显示,在中低等密度下晴天和雨天的检测精度无明显差异,本算法计数结果与害虫计数决定系数为0.9255。将该算法置入以“微信小程序+云存储服务器+算法服务器”为架构的小米7手机终端系统中进行应用测试,平均识别时间为1.7s。研究表明,该算法在精度和速度上均可支持当前便携式应用,为利用手机对蔬菜害虫进行快速监测与识别提供了技术支撑。     

基于改进Mask R-CNN的苹果园害虫识别方法

针对基础卷积神经网络识别苹果园害虫易受背景干扰及重要特征表达能力不强问题，提出一种基于改进Mask R-CNN的苹果园害虫识别方法。首先，基于Haar特征方法对多点采集得到的苹果园害虫图像进行迭代初分割，提取害虫单体图像样本，并对该样本进行多途径扩增，得到用于深度学习的扩增样本数据集。其次，对Mask R-CNN中的特征提取网络进行优化，采用嵌入注意力机制模块CBAM的ResNeXt网络作为改进模型的Backbone,增加模型对害虫空间及语义信息的提取，有效避免背景对模型性能的影响；同时引入Boundary损失函数，避免害虫掩膜边缘缺失及定位不准确问题。最后，以原始Mask R-CNN模型作为对照模型，平均精度均值作为评价指标进行试验。结果表明，改进Mask R-CNN模型平均精度均值达到96.52%,相比于原始Mask R-CNN模型，提高4.21个百分点，改进Mask R-CNN可精准有效识别苹果园害虫，为苹果园病虫害绿色防控提供技术支持。     

病虫害智能识别喷药装置设计——基于PC图像处理和近红外光谱分析

在自动化喷施农药过程中,为了准确识别病虫害作物、节约农药和降低农业对环境的污染,以及提高药物的去虫效率,提出了一种基于PC图像处理和近红外光谱分析的作物病虫害智能识别喷药装置。该装置分为3个模块,包括近红外病虫害识别模块、喷药自动化调节模块和车载设备,其控制模块为安装在车上的PC机,利用近红外识别装置可以判断作物是否被病虫害污染,并且识别作物污染的等级,采用喷药自动化调节模块可以实现农药的定量调节,利用车载设备实现了全自动化喷药。对装置的性能进行了测试,结果表明:采用近红外识别装置和主成分分析法可有效地识别病虫害污染的作物,识别准确率较高;喷药自动化装置可根据病虫害的等级进行变量化喷药,减少了农药使用量,得到了较高的去虫率,从而验证了装置的可行性和可靠性。     

基于多源信息融合的中文农作物病虫害命名实体识别

随着农作物病虫害研究文献的快速增长,对农作物病虫害领域文献进行文本挖掘变得越来越重要。开发有效、准确的农作物病虫害命名实体识别系统有助于在农作物病虫害相关研究报告中提取研究成果,为农作物病虫害的治理提供有效建议。本文针对中文农作物病虫害数据集缺失问题,提出了基于半远程监督的停等算法,利用该算法构建中文农作物病虫害领域语料库,大幅度减少标注过程的人工成本和时间成本;同时,提出了中文农作物病虫害命名实体识别模型（Agricultural information extraction, Agr-IE）,该模型基于BERT-BILSTM-CRF,辅以多源信息融合（多源分词信息和全局词汇嵌入信息）丰富字符向量,使其充分结合字符级与词汇级的信息,以提高模型捕捉上下文信息的能力。实验表明,该模型可以有效地识别病害、虫害、药剂、作物等实体,F1值分别为96.56%、95.12%、94.48%、95.54%,并对识别难度较大的病原实体具有较好的识别效果,F1值为81.48%,高于BERT-BILSTM-CRF、BERT等模型的相应值。本文所提模型在MSRA和Weibo等其他领域数据集上与CAN-NER、Lattice-LSTM-CRF等模型进行了对比实验,并取得最佳的识别效果,F1值分别为95.80%、94.57%,表明该算法具有一定的泛化能力。     

基于姿态描述的果园靶标害虫自动识别方法

针对自动诱捕果园靶标害虫的姿态形体存在不确定性,增加果园害虫图像自动识别与计数的难度等问题,提出一种基于姿态描述的算法用于果园靶标害虫姿态表征与识别。首先分析了方法对靶标害虫在8个旋转角度、6种常见姿态形状的描述能力及稳定性,通过计算靶标害虫不同姿态的平均归一化傅里叶描述子和离散度阈值,确定了基准姿态特征向量和相似度差异判据值。对200幅包含3种果园害虫的样本图像进行了测试,当离散度阈值为0.021 26时,靶标害虫桃蛀螟识别的正确率为86.7%,误判率为2.6%。试验结果表明该方法具有稳定的姿态形状描述能力和良好的识别性能。     

基于改进支持向量机算法的农业害虫图像识别研究

为提高农业害虫图像识别效果,采用改进支持向量机算法.首先通过交叉验证优化惩罚因子,Manhattan距离确定核函数选择;然后建立农业害虫图像的特征模型,包括颜色特征、纹理特征、形状特征;接着对害虫图像多特征融合识别,各种害虫的颜色特征、纹理特征、形状特征所分配的权值通过Fisher计算,避免害虫识别误判的发生.试验仿真...     

模糊识别技术在大田害虫检测系统中的应用

介绍了基于模糊识别技术的大田害虫实时检测系统。该系统运用修正的自适应邻域平均法增强大田害虫图像的质量，用数学形态学开、闭运算将害虫从背景中分割出来，并利用去除杂点法对分割后的二值图像进行滤波。从其十多个形态学特征中选取出7个有效特征，采用了模糊识别算法进行了分类。识别正确率达到了97．7％。