基于深度学习的玉米叶片病害识别方法研究

玉米叶片病害是造成的玉米质量差、产量低主要原因之一。为了对玉米叶片病害进行快速准确识别，提出了 基于ResNet（Residual Neural Network）深度学习网络对玉米病害识别的方法，采用ResNet 作为玉米病害识别的主体 模型，利用数据增强技术来扩充数据集，扩充后的数据集图片包括训6000 张练集和1645 张测试集，并使用预训练网络 AlexNet、GooLeNet 和ResNet 进行识别玉米叶片病害的性能对比实验，研究发现在批量尺寸为32 个和epoch 次数为16 时ResNet50 获得最高的分类准确率为92.82%，优于传统机器学习算法。     

基于迁移学习的小样本农作物病害识别

随着机器学习加速应用于各行各业,卷积神经元网络在农作物病害图片识别领域展现出良好的性能。本文针对传统卷积网络所需样本量大、训练时间长、二次学习困难等问题,实现了一种基于特征的有监督迁移学习,在Inception-V3网络的基础上,使用imageNet固化特征提取层,为目标领域设置特征分类器的方法,在每种病害仅使用20张图片的小样本基础上,实现了对8种不同病害的正确识别,总体识别率达到90.6%,并给出了进一步提升模型性能的方法,以期为小样本农作物病害图片识别提供有益参考。     

基于MATLAB的黄瓜叶片病害等级识别系统设计

为解决作物病害图像识别准确率低的问题，本研究以黄瓜叶片病害图像为研究对象，首先建立SVM模型，利用数据集训练取得模型并本地化，然后基于MATLAB平台搭建了黄瓜叶片病害等级识别系统。结果表明，通过输入图片，系统可自动识别黄瓜叶片病害等级并输出，平均预测准确率为91.25%。本研究可为农作物病害识别技术的发展提供参考。     

基于 YOLOv5s 和 Android 的苹果树皮病害识别系统设计

【目的】针对果园多种苹果树皮病害实时检测的需求,设计基于 Android 的苹果树皮病害识别 APP 以便进行果园精准管理。【方法】通过网络查找和实地拍摄收集轮纹病、腐烂病、干腐病 3 种病害的图片 数据,经扩增和标注后按照 8 ∶ 2 比例进行训练集和测试集的划分。使用 YOLOv5s 算法训练苹果树皮病害识别 网络模型,对训练得到的轻量级网络模型进行 Android 端部署,并设计相应 APP 界面,实现对轮纹病、腐烂病、 干腐病的快速诊断。【结果】训练后得到的深度学习网络模型识别效果良好,准确率稳定在 88.7%,召回率稳 定在 85.8%,平均精度值稳定在 87.2%。其中腐烂病准确率为 93.5%,干腐病准确率为 88.2%,轮纹病准确率为 84.3%。将其在 Android 端部署后,每张病害图片处理时间均小于 1 s,检测置信度为 87.954%。该轻量级识别系 统不仅实现了 3 种病害的快速检测,也保证了较高的识别精度。【结论】YOLOv5s 网络权重模型小,能够轻松 实现 Android 端的部署,且基于 YOLOv5s 设计的 APP 操作简单、检测精度高、识别速度快,可以有效辅助果园 精准管理。     

融合Focal Loss与典型卷积神经网络结构的水稻病害图像分类

快速高效地识别水稻病害的种类并及时采取有效的防治措施对避免水稻减产具有重要意义，为解决人工识别水稻病害效率低、识别精度不高、深度学习样本不平衡导致识别准确率不高等问题，融合Focal Loss与4种典型卷积神经网络结构对7种水稻病害进行分类识别。利用TensorFlow的Keras深度学习框架搭建卷积神经网络的图像识别分类系统，使用Focal Loss损失函数解决数据集不平衡导致识别准确率低的问题，采用ResNet50、ResNet101、MobileNetV2、VGG16作为特征提取骨干，对7种水稻病害进行识别。通过imgaug库增强数据，将13 543张水稻病害图像按照9∶1的比例划分为训练集和验证集并参与训练模型，将1 404张水稻病害图像作为测试集来验证模型的准确性。结果表明，所搭建的数据集中ResNet50、ResNet101、MobileNetV2、VGG16的识别准确率分别为98.06%、94.26%、92.47%、97.83%。可见，在融合Focal Loss损失函数的情况下，ResNet50作为特征提取骨干训练出的模型在水稻病害图像分类中拥有最高的准确率，该成果可在实...     

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U-Net和分水岭算法的无人机单木树冠提取方法

高分辨率无人机遥感影像单木树冠参数信息提取方法是森林资源精准监测和生态功能评估的重要基础,而自然光照条件下粘连和遮挡单木树冠的准确分割是直接决定单木树冠信息提取精度的关键。针对自然光照条件下山地森林无人机遥感影像中单木树冠相互粘连、遮挡难以分割,以及传统算法泛化能力弱等问题。本研究结合深度学习和标记控制分水岭算法的优点,提出了一种基于U-Net和标记控制分水岭（marker-controlled watershed,MCW）算法（简称U-Net+MCW算法）的山地森林单木树冠提取方法。以新疆山地森林优势树种天山云杉(Picea schrenkiana var.tianschanica)为研究对象,在南山实习林场采集积雪背景下无人机遥感影像作为试验数据,构建了基于深度神经网络U-Net和标记控制分水岭算法的单木树冠提取模型。首先,从无人机遥感影像中选取1 000张训练样本,128张测试样本,并对样本进行标注,通过数据增强将1 000张训练样本扩增为16 000张,按照4∶1分为训练集和验证集,对U-Net模型进行训练,在训练过程中赋予2个或多个树冠间的相邻边界像素较大权重。然后,利用训练好的U-Net模型对测试集样本进行单木树冠提取。最后,在深度神经网络U-Net单木树冠提取的基础上,采用MCW算法对提取结果进行优化,并对单木树冠提取效果进行精度评估。结果表明,U-Net+MCW算法对于单木尺度的F测度为74.04%,比单一使用U-Net模型提高了28.52%,以该方法提取遥感影像中的天山云杉树冠信息为基础,计算其单木树冠面积和冠幅的精度分别为81.05%和89.94%。因此,U-Net+MCW算法能够有效解决自然光照条件下,由于原始图像背景复杂且树冠内部亮度变化不均匀和树冠间粘连、遮挡等因素,导致的单个树冠内、树冠聚集处或连接重叠区域出现的树冠错分割、过分割、合并等问题,是一种低成本、高效率的单木树冠提取方法,能够满足中小尺度山地森林资源调查和监测要求。     

残差神经网络模型在木质板材缺陷分类中的应用

以虫眼、活节、死节3种缺陷的板材为研究对象,建立了小型样本库,采用数据增强方法,对图片进行旋转、平移、尺度变换、灰度变换等方式处理,使样本库扩容到10687张图片,其中7480张图片作为训练集、2137张图片作为验证集、1070张图片作为测试集;应用超分辨率测试序列(VGG)网络模型、谷歌网络模型(GoogLeNet)、残差神经网络模型(ResNet)对木质板材表面缺陷进行分类,依据分类精度,遴选识别效果较好的木质板材缺陷分类方法.结果表明:残差神经网络模型在不同的卷积层时分类精度均在80％以上,而改进的残差神经网络模型在模型结构为50层时的分类准确率高达98.63％,模型能较好地适用于木质板材表面缺陷分类.     

深度模型融合数据合成机制的长尾目标识别

为解决昆虫数据集数据分布不均衡导致识别模型在数据量少的尾部类别的识别性能差的问题，提出1种融合数据合成的卷积识别网络模型（synthetic samples combined model,SSCM），该模型包含图像分割与重组模块、主干网络模块和数据纠正分支模块等3个模块。通过图像分割与重组模块对训练的图片进行分割并重组，得到新的训练数据并加入训练集；再使用ResNet-50作为网络主干提取图片的特征，同时数据纠正分支模块采用均方误差与交叉熵计算合成图像与原图像之间的误差，以减少合成图像对尾部数据的不利影响。构建包含300个蝴蝶类别共26 045张图片的数据集验证模型性能，结果显示，SSCM模型在该数据集上的准确率较DRC、BBN、RIDE等主流长尾目标识别模型分别高3、2.14、2.71个百分点。采用公开昆虫数据集IP102进一步验证SSCM算法的有效性，结果显示，SSCM模型准确率比DRC、BBN、RIDE等模型分别高18.94、3.02、3.36个百分点。     

基于卷积神经网络和迁移学习的瓯柑病虫害识别研究

传统的瓯柑病虫害检测方式主要依靠人工肉眼查看,效率较低,而且需要检测人员具备丰富的专业知识。针对这些问题,文章提出了基于卷积神经网络和迁移学习的瓯柑病虫害识别方法。首先选取Xception、InceptionResNetV2、MobileNetV2、DenseNet121四种深度卷积模型,然后采用迁移学习策略,将各个模型在PlantVillage数据上训练得到预训练模型,迁移到瓯柑病虫害识别模型中,并对比各个模型的识别性能。结果表明：（1）迁移学习能够大大提高模型的泛化能力,经过迁移学习后,4种模型在瓯柑病虫害训练集和验证集上的准确率均达到了85%以上,其中Xception迁移模型表现最好,准确率在训练集和验证集上分别为99.3%,97.1%;(2)在测试集上,Xception迁移模型的整体性能优于其他3种迁移模型,总体测试准确率达到了97.38%,精确率、召回率和F1 Score也均达到了97%以上。综上所述,Xception迁移模型识别精确率高,实用性强,可为今后瓯柑病虫害防控提供参考。     

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。     

基于卷积神经网络的农作物病害识别

【目的】农作物生长过程中,作物产量会受到各种病害影响,实现自动精准地识别农作物病害以及病害程度的测定是农作物病害防治的关键。【方法】文章设计了一种基于卷积神经网络的农作物病害的识别方法并建立了农作物病害识别模型,模型利用10种作物中常见的59种病害类型的叶片图像数据集进行训练,并对模型的训练过程和训练结果进行评估。【结果】(1)农作物病害识别模型对59种病害类型的总识别精度达到0.83,部分类别的识别率高于0.9;(2)当训练的迭代次数增加到50轮以上时,农作物病害识别模型的性能不再提升,此时数据集图像的数量对模型性能的影响较大。【结论】实验证明,利用卷积神经网络进行农作物病害识别具有较高的可行性和准确性,为农作物病害的防治打下基础。     

基于颜色矩的土豆、玉米、苹果叶片病害异常检测

农作物病害是影响粮食产量的重要因素之一。目前,大部分研究以已知病害作为数据来源,使用传统机器学习和深度学习方法进行病害识别与分类,这种模型构建方法需要大量的病害数据,而当新发病害出现时,很可能因为检测不到而错过最佳预警时间。为解决该问题,本文拟提出一种仅使用正常农作物叶片数据集作为训练数据便可检测出叶片病害异常的方法。具体地,本研究提出一种基于k-means++聚类与图像分块的农作物叶片病害异常检测方法,通过图像去噪、图像分割、图像截取等预处理操作后,提取图像的颜色矩特征,对训练集进行k-means++聚类,构建比对模型并设置阈值,从而确定测试集异常与否。试验使用的土豆、玉米与苹果数据集均下载于Kaggle网站。通过调整聚类数与分块数,在土豆、玉米和苹果数据集上,识别准确率分别达到了89%、95%、95%以上,并且在玉米和苹果两种数据集上的漏警率为0。     

基于三维重建的多角度葡萄叶病害识别方法研究

为了解决葡萄在生长过程中因病害侵袭导致品质和产量下降的问题，提出了基于三维重建的多角度图像识别模型。该模型通过三维建模技术对数据进行增强，并扩充数据集用于特征辅助训练，最后与卷积神经网络相结合实现对葡萄叶片病害的识别。在测试集上，训练的3D-MobileNet、3D-Darknet53、3D-resnet34和3D-Resnet101模型相比原模型对葡萄叶片病害识别的准确率分别提高了7.2%、9.6%、10.2%、19.1%。结果表明，提出的基于三维的多角度葡萄叶片病害识别方法能够有效识别葡萄叶病害，为实现葡萄病害的自动识别提供参考。     

基于遥感影像和卷积神经网络的农田及道路信息提取

为对农用地(耕地)遥感影像中道路和农田信息进行精确高效的提取，采用卷积神经网络(CNN)的方法，以河北省献县某乡冬小麦种植田为研究区，建立“道路-背景”和“农田-背景”2个高精度遥感影像数据集，构建基于MobileNet v1的U-Net、SegNet、PSPNet、DeepLab v3+和基于MobileNet v2的DeepLab v3+共5种CNN语义分割模型，进行道路和农田提取试验；在模型训练前后加入迁移学习、图像拼接和模型融合3种策略。结果表明:1)在2个数据集上，基于MobileNet v1的U-Net和基于MobileNet v1的SegNet 2种模型的识别率和稳定性最佳；2)在提取道路和农田时，融合后模型的平均交并比值分别为0.853 3和0.956 8；3)对预测图进行后处理，可以为路径规划和作物秸秆产量计算等研究提供道路拓扑图和农田预测图。     

基于图像分割与卷积神经网络的水稻病害识别

为了提高水稻病害计算机视觉识别的准确性,研究提出针对水稻白叶枯病、赤枯病、胡麻斑病和纹枯病4种病害进行分类识别的模型。利用计算机视觉和机器学习软件库opencv对病斑图像进行随机旋转、随机翻转、随机亮度变换及随机对比度等处理方式扩充样本,应用区域生长、基于水平集的CV模型、显著性检测3种算法对图像进行分割。通过Tensorflow深度学习平台,构建网络层分别为6层（输入层32×32×3,卷积核大小为5×5）和8层（输入层227×227×3,卷积核大小为11×11、5×5、3×3）的卷积神经网络,将图像分割后得到的3组数据,均以8∶2的比例分别作为卷积神经网络的训练数据和测试数据,训练后得到6个模型,并结合召回率、F1评价指标对模型进行评估。结果表明,6个模型中训练识别准确率最低为97.66%,测试识别准确率最低为95.31%,其中以显著性检测分割算法和8层网络层的卷积神经网络结合得到的模型效果最佳,其训练识别准确率为99.99%,测试识别准确率为99.88%,相较于端到端的卷积神经网络水稻病害识别结果也有所提升。     

基于深度学习和支持向量机的4种苜蓿叶部病害图像识别

为实现苜蓿叶部病害的快速准确诊断和鉴别,基于图像处理技术,对常见的4种苜蓿叶部病害(苜蓿褐斑病、锈病、小光壳叶斑病和尾孢菌叶斑病)的识别方法进行探索。对采集获得的899张苜蓿叶部病害图像,利用人工裁剪方法从每张原始图像中获得1张子图像,然后利用结合K中值聚类算法和线性判别分析的分割方法进行病斑图像分割,得到4种病害的典型病斑图像(每张典型病斑图像中仅含有1个病斑)共1 651张。基于卷积神经网络提取病斑图像特征,建立病害识别支持向量机(Support vector machine,SVM)模型。结果表明:当病斑图像尺寸归一化为32×32像素,利用归一化的特征HSV(即特征H、特征S和特征V归一化后的组合特征)构建的病害识别SVM模型最优,其训练集识别正确率为94.91%,测试集识别正确率为87.48%。本研究基于深度学习和SVM所建立的病害识别模型可用于识别上述4种苜蓿叶部病害。     

基于迁移学习的番茄叶片病害图像分类

针对卷积神经网络对番茄病害识别需训练参数较多,训练非常耗时的问题,将迁移学习应用于AlexNet卷积神经网络,对病害叶片和健康叶片共10种类别的番茄叶片进行分类研究。使用14 529张番茄叶片病害图像,随机选择70%作为训练集,30%作为验证集,对AlexNet卷积神经网络模型结构进行迁移,利用在Imagenet图像数据集上训练成熟的AlexNet模型和其参数对番茄叶片病害识别。在训练过程中,固定低层网络参数不变,微调高层网络参数,将番茄病害图像输入到网络中训练网络高层参数,用训练好的模型对10种类别的番茄叶片分类,并进行了20组试验。结果表明:该算法在训练迭代474次时使网络模型很好的收敛,网络对验证集的测试平均准确率达到95.62%,与从零开始训练的AlexNet卷积神经网络相比,本研究算法缩短了训练时间,平均准确率提高了5.6%。采用迁移学习所建立的病害分类模型能够对10种类别的番茄叶片病害快速准确地分类。     

基于RMAU-Net网络模型的高分影像耕地提取

针对传统全卷积神经网络无法实现高分影像耕地精确提取的问题，以高分二号遥感卫星影像为数据源，采用融合残差结构和多种注意力机制的改进U-Net网络模型（RMAU-Net网络模型）对研究区的耕地进行精细提取。使用耕地样本对RMAU-Net网络模型进行训练，并用训练后的网络模型对测试集影像中的耕地进行提取。为了验证RMAU-Net网络模型提取耕地的效果，选取DeeplabV3+、PSPNet、UNet 3种传统的全卷积神经网络模型与RMAU-Net网络模型进行对比分析。结果表明，RMAU-Net网络模型提取的精确率、召回率、交并比、F1 Score分别为90.36%、90.78%、82.57%、90.57%。与DeepLabv3+、PSPNet和U-Net网络模型相比，RMAU-Net网络模型效果最佳。RMAU-Net网络模型为耕地精细提取提供了新的思路与方法，为农作物面积监测和产量估算等实际应用提供基础数据支持。     

基于多尺度特征度量元学习的玉米叶片病害识别模型研究

传统基于深度学习的玉米叶片病害检测模型检测精度不高、模型参数量大，基于此，提出一种融合多尺度、无参数度量学习的玉米叶片病害识别算法模型。首先，利用Vgg-16、Swin Transformer网络，将玉米叶片病害图片映射到全局和局部特征空间；然后，利用多尺度特征融合网络，实现全局和局部特征的深度融合，强化特征的分类能力；最后，利用无参数元学习网络，实现待测玉米叶片病害图片与特征集之间的度量，根据度量结果，实现玉米叶片病害的快速定位与识别。在开源Plant Village数据集、自建玉米叶片病害数据集上进行了测试，所提出模型的识别准确率分别为97.45%、96.39%,同时保持了较低的识别时间开销；相比其他经典玉米叶片病害识别模型，具有更强的鲁棒性和泛化性能。