基于YOLO v5的水稻害虫分类

针对水稻害虫识别过程中存在的检测难度大、模型精度低、计算量大等问题,以稻纵卷叶螟等14类水稻害虫为研究对象,改进了YOLO v5检测算法,引入高效通道注意力机制(efficient channel attention, ECA)与EIoU(efficient-IoU)损失函数,并结合Ghost卷积,提出了一种基于改进的YOLO v5水稻害虫识别方法：(1)通过引入ECA注意力机制实现对水稻害虫识别过程中重要信息的处理,采用跨通道信息交互,保证模型性能和降低复杂度;(2)引入EIoU损失函数代替CIoU(complete-IoU)损失函数,从而降低原有CIoU损失函数存在的回归精度问题;(3)利用Ghost卷积替换CBS模块及C3模块中的标准卷积,实现模型轻量化处理。结果表明,改进后的模型较原始YOLO v5模型精度略微提升,参数量减少,模型体积降低至7.38 MB,较原模型减少了46%,与YOLO v7、Faster-RCNN模型相比,mAP比YOLO v7高1.49百分点,比Faster-RCNN高12.89百分点,且本研究模型体积最小,检测速度满足实时性要求,使水稻害虫检测识别能够...     

基于改进YOLOv4算法的番茄叶部病害识别方法

为快速准确识别自然环境下的番茄叶片病害,提出一种基于改进YOLOv4算法的轻量化番茄叶部病害识别方法。该方法根据番茄病害特征采用K均值聚类算法调整先验框的维度,并使用宽度因子为0.25的MobileNetv1代替YOLOv4原有的主干网络CSPDarknet53进行特征提取,并在特征融合网络PANet中引入深度可分离卷积代替原有的3×3标准卷积,同时在主干网络的2个输出特征层和空间金字塔池化输出层分别嵌入卷积块注意力模块(CBAM),提高模型识别精度。试验结果表明,改进后的模型对8类番茄叶片整体检测精准性(mAP)为98.76%,参数量为12.64 M,传输帧数为1 s 101.76帧,相较于原YOLOv4模型,模型参数量减少80%,每秒传输帧数比原始YOLOv4模型提高了130%。     

基于改进轻量化网络MobileNeXt的苹果叶片病害识别方法

针对真实环境下苹果叶片病害识别背景复杂、识别准确率不高的问题，提出了一种改进轻量化网络MobileNeXt的苹果叶片病害识别方法。首先收集了4类常见苹果叶片病害图像样本，每类由简单背景图像与复杂背景图像混合，通过多种数据增强方式对图像进行处理，以增加样本多样性，提高模型的泛化能力。接着基于轻量化网络MobileNeXt中的sandglass结构，引入协调注意力机制CA分配权重，以区分目标与背景，同时结合Inception模块与Ghost模块，设计了2种SCI(Sandglass-CA-Inception)结构，在参数增加量尽可能小的前提下，扩充网络深度与宽度，增强模型对于背景复杂病害图像的特征学习能力。试验结果表明，改进后的模型相比于MobileNeXt, Top-1准确率提升了1.23百分点，平均精确率提升了1.18百分点，参数量只增加了0.62 M,为真实场景下的苹果叶片病害识别提供了一种有效的解决方案。     

基于多尺度注意力卷积神经网络的苹果叶部病害识别方法

针对传统苹果叶部病害识别方法识别率低和现有卷积神经网络(CNN)训练时间长的问题，提出一种基于多尺度注意力卷积神经网络的苹果叶部病害识别方法。该方法由多尺度空洞卷积模块Inception与改进的残差模块组成，其中，多尺度空洞卷积模块Inception用于图像的多尺度特征提取，在卷积模块中引入双注意力机制增强网络模型，显著表示图像中叶部病斑区域特征，降低非病斑区域与背景区域对识别结果的干扰，在原始残差模块上引入卷积层与非线性激活函数改进的残差模块，增加鲁棒性判别特征的跨层融合，在苹果病害叶片图像数据集上的识别准确率达96%以上。结果表明，所提出的方法具有参数量少、占用内存小以及性能好的优势，可进一步应用于田间苹果叶部病害智能识别系统。     

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YOLO v5s的温室番茄检测模型轻量化研究

番茄检测模型的检测速度和识别精度会直接影响到番茄采摘机器人的采摘效率,因此,为实现复杂温室环境下对番茄精准实时的检测与识别,为采摘机器人视觉系统研究提供重要的参考价值,提出一种以YOLO v5s模型为基础,使用改进的MobileNet v3结构替换主干网络,平衡模型速度和精度。同时,在颈部网络引入Ghost轻量化模块和CBAM注意力机制,在保证模型检测精度的同时提高模型的检测速度。通过扩大网络的输入尺寸,并设置不同尺度的检测网络来提高对远距离小目标番茄的识别精度。采用SIoU损失函数来提高模型训练的收敛速度。最终,改进YOLO v5s模型检测番茄的精度为94.4%、召回率为92.5%、均值平均精度为96.6%、模型大小为7.1 MB、参数量为3.69 M、浮点运算(FLOPs)为6.0 G,改进的模型很好地平衡了模型检测速度和模型识别精度,能够快速准确地检测和识别复杂温室环境下的番茄,且对远距离小目标番茄等复杂场景都能实现准确检测与识别,该轻量化模型未来能够应用到嵌入式设备,对复杂环境下的温室番茄实现实时准确的检测与识别。     

基于改进ShuffleNet V2的柑橘病害识别研究

大型卷积神经网络因模型复杂难以部署于实际应用,而轻量级网络因优化模型结构而导致精度往往不如前者理想。针对上述问题,对ShuffleNet V2进行改进,提出一种轻量化MAM-ShuffleNet柑橘病害识别模型。首先,在ShuffleNet V2中引入混合注意力模块（Mixed attention module,MAM）,提升模型对病害特征提取能力。其次,利用Ghost模块优化网络中卷积层,有效降低网络模型参数量和计算成本。最后,调整网络结构中ShuffleNet V2单元堆叠次数,进一步简化网络参数。结果表明,在自建柑橘叶片数据集中,MAM-ShuffleNet模型平均识别准确率达到97.7%;与原始ShuffleNet V2相比,其参数量降低了45.7%,识别准确率提升了1.2百分点;综合性能明显优于ResNet50、DenseNet121等模型。     

基于改进YOLOX-Nano的农作物叶片病害检测与识别方法

目的 实现精确迅速的农作物病害检测,减少人工诊断成本,降低病害带来的农作物产量和品质影响。方法 根据对农作物病害和病斑特征的分析,提出一种基于卷积注意力机制改进的YOLOX-Nano智能检测与识别模型,该模型采用CSPDarkNet作为主干网络,将卷积注意力模块CBAM引入到YOLOX-Nano网络结构的特征金字塔(Feature pyramid network,FPN)中,并在训练中引入Mixup数据增强方式,同时将分类的损失函数由二分类交叉熵损失函数(Binary cross entropy loss,BCE Loss)替换为焦点损失函数Focal Loss、回归损失函数由GIOU Loss替换为本文设计的CenterIOU Loss函数,采用迁移学习策略训练改进的YOLOX-Nano模型,以此提升农作物病害检测的精度。结果 改进后的YOLOX-Nano模型仅有0.98×10⁶的参数量,在移动端测试单张图片检测时间约为0.187 s,平均识别精度达到99.56%。实践结果表明,其能快速有效地检测与识别苹果、玉米、葡萄、草莓、马铃薯和番茄等农作物的常见病害,且达到了精度与速度的平衡。结论 改进后的模型不仅对农作物叶片病害识别具有较高的精度和较快的检测速度,参数量和计算量较少,还易于部署在手机等移动端设备。该模型实现了在田间复杂环境对多种农作物病害精准定位与识别,对于指导早期农作物病害的防治具有十分重要的现实意义。     

基于改进ShuffleNet V2模型的苹果叶部病害识别及应用

苹果生长过程中容易受到病害影响而减产,造成经济损失。大型卷积神经网络可准确识别出苹果病害,但移动设备有限的计算资源限制了该类网络在其上的具体应用。轻量级卷积神经网络可运行在移动端,并能够实现病害的实时识别,但其识别精度往往不如前者。为解决该问题,在轻量级卷积神经网络ShuffleNet V2基础上,通过调整基本残差单元结构和网络宽度,同时引入卷积块注意模块（convolutional block attention module,CBAM）,提出了改进型ShuffleNet#苹果叶部病害诊断模型。以苹果疮痂病、黑腐病、锈病、健康叶片为研究对象,收集简单和复杂背景图像各2000张,通过数据增广将其扩充至40000张,构建苹果叶部病害图像数据集,应用该数据集,对苹果叶部病害诊断模型进行训练和测试。以识别准确率、模型复杂度、平均推理时间等为判别标准,并与多个现有卷积神经网络模型进行比较。结果表明：改进后的模型能有效地识别出上述2种不同背景的4类图像,在测试集上识别准确率达到98.95%,移动端单张图像的平均推理时间为39.38ms。相较于大型的ResNet101网络,该模型在准确率上仅降低0...     

基于卷积神经网络的轻量级水稻叶片病害识别模型

水稻病害一直是影响水稻产量的重要因素之一,为了快速、准确地检测水稻病害,本研究提出了一种基于卷积神经网络的轻量级水稻叶片病害识别模型。首先,从参数量的角度对注意力机制进行改进,得到轻量级注意力机制模块,对水稻叶片病害特征图中的潜在注意力信息进行深度挖掘;其次,使用深度可分离卷积代替部分标准卷积,进一步降低模型的参数量;最后,为了提高模型的泛化能力,让模型学习过程更快、更稳定,采用了自带内部归一化属性的扩展型指数线性单元函数(SELU)与外部组归一化模块相结合的方法。通过在公共数据集中进行验证,本研究构建模型的平均精度最高(0.990 0),模型在参数量和平均单次迭代时间方面也有一定优势,与其他模型相比,具有相对较好的性能。     

基于可分离扩张卷积和通道剪枝的番茄病害分类方法

为了实现番茄病害的快速检测,针对传统卷积神经网络病害分类方法参数量大、对算力要求高的问题,提出了一种基于可分离扩张卷积和通道剪枝的番茄病害分类方法。基于MobileNet v2,提出了一种可分离扩张卷积块,在不增加网络参数的情况下,扩大网络的感受野,提升网络提取番茄叶部病害特征的能力。然后替换PReLU激活函数,避免产生梯度弥散问题。同时能够更好地处理图像,提高网络对番茄叶部病害负值特征信息的提取能力,具有更好的鲁棒性。最后,使用通道剪枝技术,引入缩放因子联合权重损失函数,分辨相对不重要的通道,并对其进行裁剪,再对剪枝后的网络进行微调并重复以上步骤,在大幅减少网络参数量的同时,不影响网络的性能。在数据集上的结果表明,研究方法在网络参数量仅为0.7 M的情况下,准确率达到了96.44%,精确率达到了96.36%。与目前主流轻量化网络MobileNet v3、GhostNet、ShuffleNet v2相比,模型准确率分别提高了0.45、0.77、0.24百分点,同时模型参数量分别仅为以上模型的12.96%、13.46%、30.43%,模型更轻量且准确率更高。     

基于改进YOLO v5的橙子果实识别方法

针对自然环境下橙子检测存在枝叶遮挡、相邻果实重叠等情况而导致检测效果差的问题，提出一种改进的YOLO v5方法。首先，在主干网络部分使用RepVGG(re-param VGG)模块替换原始C3模块，加强网络对特征信息的提取能力；其次，在颈部网络使用鬼影混洗卷积(ghost-shuffle convolution)代替原有的标准卷积，能够在保证精度的前提下，降低模型参数量；再次，在预测头前加入ECA(efficient channel attention)注意力模块，能够更加准确定位目标信息；最后，引入EIOU(efficient intersection over union)损失函数加速预测框的收敛，提高其回归精度。改进的YOLO v5网络在自然环境下的橙子检测中平均精度达到90.1%,相比于目前热门的检测网络CenterNet、YOLO v3和YOLO v4其在识别效果方面有一定的提升。可见，所提出的改进网络在橙子检测上更有优势，能为今后智能采摘机器人的研发提供理论支撑和技术参考。     

基于MobileNet V2和迁移学习的番茄病害识别

番茄叶部病害严重影响了番茄的产量和质量,为实现在移动设备实时对番茄进行病害识别,提高番茄的产量,减少种植者的损失。本研究提出将轻量级网络模型MobileNet V2和迁移学习的方式相结合,对番茄早疫病、番茄细菌性斑疹病、番茄晚疫病、番茄叶霉病、番茄斑枯病、番茄红蜘蛛病、番茄褐斑病、番茄花叶病、番茄黄化曲叶病等9种叶部病害图像以及健康番茄叶片图像进行分类识别,首先将数据集按照9∶1的比例分为训练集和验证集,对于训练模型根据迁移学习的方式分别采用不冻结卷积层、冻结部分卷积层、全部冻结卷积层的方式获得3种模型,然后在模型最后加上2层全连接层并用Dropout层防止过拟合,接着通过Softmax层输出实现对番茄病害图像分类识别,最后利用验证集来统计模型的准确率和损失值。其中,冻结部分卷积层准确率最高,达到93.67%。另外,通过试验对比传统网络VGG16、ResNet50训练集和验证集的准确率、损失值及运行时间,其中迁移学习的MobileNet V2模型的准确率最高,运行时间最短。该研究提出的基于MobileNet V2和迁移学习的番茄病害识别研究方法识别效果较佳,速度较快,为在移动设备实时对...     

面向移动端的植物病害图像识别方法及其应用

针对传统卷积神经网络(CNN)在病害图像识别时需要较高的存储空间和计算资源问题,提出一种基于轻量级CNN植物病害图像识别网络CSP-ShuffleNet V2来降低识别成本。CSP-ShuffleNet V2模型基于ShuffleNet V2网络,首先,将卷积核大小由3×3改为5×5扩大病斑图像全局感受野;其次,采用CSPNet结构来改进网络特征层;最后,再引入通道注意力(ECA)模块用于增强图像病斑通道特征信息。采用AI Challenger平台提供的公共植物病害数据集进行训练和测试。试验结果表明,CSP-ShuffleNet V2网络模型识别准确率为90.34%,比原始ShuffleNet V2网络模型提高2.23%,参数量也减少29.6%,权重大小仅为13.5 MB。与ResNet50、MobileNet V2、GoogleNet、DenseNet121网络相比,CSP-ShuffleNet V2网络不仅降低了网络计算量和参数量,而且收敛速度更快、分类效果更好。最终将模型离线部署在Android平台实现了植物病害移动端智能检测,为植物病害防治和诊断提供参考依据。     

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MobileNetV3的马铃薯病害识别

针对传统卷积神经网络在马铃薯叶部病害识别中结构复杂、参数庞大,难以实现在移动设备上的良好应用的问题,提出一种基于轻量级卷积神经网络和迁移学习的马铃薯叶部病害识别方法。首先,采集马铃薯叶部病害图像样本,再运用GrabCut算法进行图像分割;再基于MobileNetV3构建病害识别基础模型,并通过调整模型结构及宽度系数α等方式对模型进行优化,最后运用迁移学习的方式将预训练参数迁移至优化模型进行训练。结果表明,该方法对马铃薯健康、晚疫病、早疫病、炭疽病及其他病害叶部图像识别准确率为98.00%,模型权重仅为0.68 MB,识别速率为0.014 s/幅。本研究结果可为马铃薯叶部病害识别在移动设备上应用的实现提供理论支持。     

基于YOLOv4-tiny模型的水稻早期病害识别方法

针对现有的卷积神经网络模型过于依赖设备的计算和存储能力、水稻病虫害形状大小不一、遮挡造成的病害特征显著性弱、漏检率高等问题,采用轻量化、易部署的YOLOv4-tiny模型检测和识别水稻病虫害。首先收集831张4种不同的水稻病害叶片图像样本,为了使模型具有更好的泛化能力,对已有数据进行数据增强,将样本数量扩增到了5 320张。然后构建YOLOv4-tiny轻量化模型,与经典的YOLOv4算法模型相比,其主干特征提取网络CSPDarkNet53模块替换为CSPDarkNet53＿tiny,使用CPSnet进行通道的分割,实现了网络模型的压缩并提高了训练速度;添加了FPN结构,对有效特征层进行特征融合;依据模型评价指标,通过试验将YOLOv4-tiny轻量化网络与经典的YOLOv4网络、Faster-RCNN网络、YOLOv4-MobileNet系列轻量化网络、YOLOv4-GhostNet轻量化网络和SSD轻量化网络进行对比。结果表明,YOLOv4-tiny的平均准确率可以达到81.79%,检测速度可以达到90.03帧/s,模型权重大小为22.4 MB,能够比较精准地识别水稻胡麻斑病、白叶...     

基于轻量级MIE＿Net的田间农作物病害识别

为实现农作物病害的快速精准识别,降低病害对农业安全生产的影响,本研究针对现有病害识别模型参数量大、鲁棒性低、泛化性弱等问题提出了轻量级MIE＿Net农作物病害识别网络。该网络以MobileNetV2为基础网络结构,首先使用多尺度特征提取模块替换原网络的初始卷积层,提高网络对不同面积病斑的特征提取能力,增加网络中的特征复杂度;其次在主模块中添加ECA注意力机制,提高网络对叶片病害区域的关注程度,降低复杂背景对小病斑特征提取过程的影响;最后使用Swish激活函数增加网络的表达能力,使网络性能达到最优。结果表明,多尺度特征提取模块提高了模型对不同病斑大小的识别准确率,ECA注意力模块提高了网络对小病斑的识别准确率,最终网络模型对复杂环境中2种作物11种病害类别的最低识别精确率达到91.2%,总体病害识别准确率达到95.79%,比原网络提高1.84百分点,参数量为2.24 M,权重文件大小为8.78 MB。MIE＿Net网络在保证模型轻量化的同时提高了模型的准确性、泛化性以及鲁棒性,整体性能优于其他现有网络模型,为以后的轻量级作物病害识别方法提供了参考。     

基于k-means分割和迁移学习的番茄病理识别

针对有背景干扰的番茄病理叶片,将k-means分割与迁移学习相结合,提出一种基于k-means分割和迁移学习的方法对番茄病害叶片进行识别.首先对原始图像进行一系列预处理,再将处理后的图像进行k-means分割,得到叶片边缘的最小矩阵图像,之后进行去噪处理,简化突出图像特征,再根据预处理后的图像特点,优化改进迁移的VGG16网络结构,构建CNN模型对预处理后图像进行识别.结果显示,通过分割后训练方式平均精度提升了0.37百分点,通过冻结迁移的VGG16网络第1个卷积模块并修改全连接层的方法提升了5.4％左右.因此本研究认为通过分割、冻结VGG16第1个卷积层模块的参数并修改全连接层可以提升番茄病理识别率.     

基于深度可分离卷积神经网络的农作物病害识别方法

为了满足现代化、机械化农业生产的目标,降低模型的计算量,使农作物病害分类模型更适用于资源受限制的设备,提出了一种以深度可分离卷积为主的神经网络模型。利用深度可分离卷积和卷积相结合的方法取代标准卷积,计算量可降低至标准卷积的12%左右,并且大大减少网络模型的参数量。通过进一步减少通道数、改变网络输入图片大小的等方式,获得12种参数量和计算量不同的模型。结果显示,对含有复杂背景和光照不均匀的10类农作物的27种病害样本图片进行分类,该研究提出的模型准确率为98.26%,且参数量仅904 K。