基于改进YOLOv5的草莓病害智能识别终端设计

为实现低成本、便捷、高效的草莓病害识别与检测,提升草莓种植与生产效益,在YOLOv5模型基础上,引入高效通道注意力(Efficient Channel Attention, ECA)机制,研究构建一种草莓病害识别模型,应用嵌入式与软件工程技术研发草莓病害识别终端设备。终端设备应用系统由图像采集、图像检测、检测结果展示和数据传输等模块组成,实现草莓图像实时采集和病害实时识别检测等功能。基于草莓病害检测数据集对系统开展测试,结果表明,该系统可以有效识别草莓白粉菌果病、角斑病、叶斑病等病害。与YOLOv5相比,AP0.5∶0.95、AP0.5、AP0.75、APM、APL都有比较大幅度提升。系统具有高效、便捷、实时等优点,可广泛应用于草莓生产领域,从而有效提升草莓病害识别与检测效率。     

基于改进YOLOv5m的采摘机器人苹果采摘方式实时识别

为准确识别果树上的不同苹果目标,并区分不同枝干遮挡情形下的果实,从而为机械手主动调整位姿以避开枝干对苹果的遮挡进行果实采摘提供视觉引导,提出了一种基于改进YOLOv5m面向采摘机器人的苹果采摘方式实时识别方法。首先,改进设计了BottleneckCSP-B特征提取模块并替换原YOLOv5m骨干网络中的BottleneckCSP模块,实现了原模块对图像深层特征提取能力的增强与骨干网络的轻量化改进;然后,将SE模块嵌入到所改进设计的骨干网络中,以更好地提取不同苹果目标的特征;进而改进了原YOLOv5m架构中输入中等尺寸目标检测层的特征图的跨接融合方式,提升了果实的识别精度;最后,改进了网络的初始锚框尺寸,避免了对图像里较远种植行苹果的识别。结果表明,所提出的改进模型可实现对图像中可直接采摘、迂回采摘（苹果上、下、左、右侧采摘）和不可采摘果实的识别,识别召回率、准确率、mAP和F1值分别为85.9%、81.0%、80.7%和83.4%。单幅图像的平均识别时间为0.025s。对比了所提出的改进算法与原YOLOv5m、YOLOv3和EfficientDet-D0算法在测试集上对6类苹果采摘方式的识别效果,结果表明,所提出的算法比其他3种算法识别的mAP分别高出了5.4、22、20.6个百分点。改进模型的体积为原始YOLOv5m模型体积的89.59%。该方法可为机器人的采摘手主动避开枝干对果实的遮挡,以不同位姿采摘苹果提供技术支撑,可降低苹果的采摘损失。     

方程式赛车ROS平台下基于TensorRT的YOLOv5算法改进

基于机器视觉的无人驾驶技术是近年来的研究热点,尤其在高速路、路锥道路等特殊路段,机器视觉有明显的优势。针对现有YOLOv4、Faster-RCNN等普通深度学习算法在路锥道路识别速度慢、障碍物识别不稳定等缺陷,基于武汉科技大学无人方程式赛车,提出在ROS平台利用Tensor RT加速YOLOv5算法,实现无人方程式赛车环境感知,并接入Gazebo进行赛车的路劲规划仿真。实车实验表明,相比于普通的YOLOv4算法,具有更快的识别速度,一帧图像识别时间在10～20 ms,路锥障碍物的平均识别精度更高,达到99.2%,且识别效果稳定,具有实际应用价值。     

基于改进YOLOv5的玉米叶枯萎检测

叶片枯萎是玉米生长过程中最常见的症状之一,利用视觉传感与模式识别技术实现玉米叶枯萎的自动检测可极大提高玉米的产量和生产效率,是智慧农业发展的重要方向。针对玉米叶遮挡场景下的枯萎检测问题,通过YOLOv5单阶段目标检测框架对叶片进行建模,并结合通道和空间注意力机制对模型架构进行改进,增强其骨干网络的特征提取能力,提高小目标玉米叶枯萎的检测精度。试验结果表明,提出的方法在Stewart＿NLBimages＿2019数据集上检测性能优于YOLOv5,检测平均精度均值达到86.84%,具有广阔的应用前景。     

基于YOLOv5的核桃品种识别与定位

为实现对不同品种核桃的分类与定位,提出一种基于深度学习的核桃检测方法。首先,以新疆南疆地区主产的三种核桃为对象进行图像采集,并对图像进行翻转、裁剪、去噪、光照变换等操作制作核桃数据集;然后,采用基于YOLOv5的检测模型进行试验,并与YOLOv3、YOLOv4和Faster RCNN算法进行比较。结果表明,基于YOLOv5的模型对新2、新光和温185核桃检测的平均精度均值分别为99.5%、98.4%和97.1%,单幅图像检测耗时为7 ms。在相同数据集、相同试验环境下,该模型的检测速度是Faster RCNN的7倍,该模型的检测精度比YOLOv4高2.8%且模型大小仅为YOLOv4的1/14。试验结果表明,基于YOLOv5的核桃检测方法在检测精度和速度上是所有对比算法中最高的,适合本研究的检测需求,可为机器人自主分拣核桃提供研究基础。     

基于红外热成像和改进YOLO v5的作物病害早期识别

为实现作物病害早期识别,本文提出一种基于红外热成像和改进YOLO v5的作物病害早期检测模型,以CSPD-arknet为主干特征提取网络,YOLO v5 stride-2卷积替换为SPD-Conv模块,分别为主干网络中的5个stride-2卷积层和Neck中的2个stride-2卷积层,可以提高其准确性,同时保持相同级别的参数大小,并向下阶段输出3个不同尺度的特征层;为增强建模通道之间的相互依赖性,自适应地重新校准通道特征响应,引入SE机制提升特征提取能力;为减少模型计算量,提高模型速度,引入SPPF。经测试,改进后YOLO v5网络检测性能最佳,mAP为95.7%,相比YOLO v3、YOLO v4、SSD和YOLO v5网络分别提高4.7、8.8、19.0、3.5个百分点。改进后模型相比改进前对不同温度梯度下的作物病害检测也有提高,5个梯度mAP分别为91.0%、91.6%、90.4%、92.6%和94.0%,分别高于改进前3.6、1.5、7.2、0.6、0.9个百分点。改进YOLO v5网络内存占用量为13.755MB,低于改进前基础模型3.687MB。结果表明,改进YOLO v5可以准确快速地实现病害早期检测。     

基于Hough变换的成熟草莓识别技术

基于图像区域特征来识别被遮掩、重叠或紧靠的草莓果实非常困难，提出一种基于Hough变换的成熟草莓识别方法。先对Lab彩色模型下α通道图像进行分割，利用提取的草莓轮廓信息，根据草莓轮廓的数学模型进行Hough变换，实现成熟草莓的识别。为减少运算量，在Hough变换之前，先进行区域标记，获取有效图像信息区域。草莓轮廓信息提取和Hough变换在各个有效区域中进行，由于参数空间大大压缩，运算量也得到减少。试验表明：当成熟草莓轮廓信息丢失小于1／2时，无论单个分离的成熟草莓，还是被遮掩、重叠或紧靠的成熟草莓，皆有很好的识别效果，识别平均相对偏差为4．8％，能满足草莓采摘机器人对目标识别精度的要求。     

基于改进YOLOv5的蝴蝶兰花朵识别与计数

为精确预测蝴蝶兰产量和对蝴蝶兰的生产进行科学管理,对大苗时期的蝴蝶兰植株花朵和花苞进行识别与检测,统计其花量。由于蝴蝶兰花苞目标体积较小,提出一种基于改进YOLOv5的蝴蝶兰花朵与花苞识别方法。首先,修改颈部网络的结构,在特征金字塔FPN(Feature Pyramid Network)和路径聚合网络PANet(Path Aggregation Network)中引入有利于小目标检测的160×160尺度特征层,以提升对小目标的检测效果;其次,使用K-means++聚类算法针对训练集生成更合适的先验框,并采用载入预训练权重和冻结主干网络的训练方式,以使模型更加容易学习,提高网络模型收敛速度和泛化能力;最后,在颈部网络加入轻量级注意力机制,加强对目标的关注,减少背景干扰,以提升模型的特征提取能力。试验结果显示,该算法对花苞的检测精确率达到89.54%,比改进前提升9.83%;对花苞和花朵的平均精确率达到91.81%,比改进前提升5.56%。该算法有优异的检测精度并有效提高对小目标的检测能力。     

基于改进YOLOv3的骑车人识别研究

针对智能网联汽车大发展环境下骑车人在公路上为易受伤群体的问题,将目标识别作为无人驾驶技术中的关键一环,提出使用YOLOv3算法对骑车人识别算法进行研究。YOLOv3的主干特征提取网络为Darknet-53,此种网络结构针对于多种类目标检测适用性强,然而公路骑车人作为单种类目标,Darknet-53网络结构显得冗繁。基于此,提出一种在YOLOv3算法基础上记性改进的算法,通过替换主干特征提取网络为Dark-19简化网络结构,降低网络复杂度,之后优化损失函数,将原来的Io U替换成CIo U,以提高识别精度。通过在TDCB上进行仿真实验,结果表明,改进后的YOLOv3算法平均检测精度和检测速度都有所提高,精度上提高了约3%,检测速度上约提高了0.013 s,此种改进后的算法有助于提高公路骑车人的安全性,对骑车人识别研究有着重要意义。     

基于YOLOv5的果园果树树干识别研究

水果是我国重要的经济作物之一,果业对于农民的增收和国家经济的发展都具有重要意义。为实现复杂自然环境下对果树树干的识别,提升当前果园生产水平,本文提出一种以YOLOv5模型为基线的果树树干识别检测模型（YOLOv5-SR）。在YOLOv5的backbone网络中以Rep VGG模块代替部分C3模块,利用Rep VGG模块结构重参数化特点实现提升网络模型的检测速度,满足实时性的要求;其次,在网络模型中引入Sim AM注意力机制模块,利用Sim AM注意力机制无参的特点在不影响模型速度的情况下加强对检测目标的提取能力,提升模型的检测精度。实验结果表明,改进后的模型相比较于YOLOv5,检测速度提升了10%,平均精度均值提升了6%,实现速度与精度上的提升。该研究满足在复杂环境下实时检测果树树干,有助于进一步推动智能化果园机器人的研发与应用。     

基于轻量化改进YOLOv5的苹果树产量测定方法

果树测产是果园管理的重要环节之一,为提升苹果果园原位测产的准确性,本研究提出一种包含改进型YOLOv5果实检测算法与产量拟合网络的产量测定方法。利用无人机及树莓派摄像头采集摘袋后不同着色时间的苹果果园原位图像,形成样本数据集;通过更换深度可分离卷积和添加注意力机制模块对YOLOv5算法进行改进,解决网络中存在的特征提取时无注意力偏好问题和参数冗余问题,从而提升检测准确度,降低网络参数带来的计算负担;将图片作为输入得到估测果实数量以及边界框面总积。以上述检测结果作为输入、实际产量作为输出,训练产量拟合网络,得到最终测产模型。测产试验结果表明,改进型YOLOv5果实检测算法可以在提高轻量化程度的同时提升识别准确率,与改进前相比,检测速度最大可提升15.37%,平均mAP最高达到96.79%;在不同数据集下的测试结果表明,光照条件、着色时间以及背景有无白布均对算法准确率有一定影响;产量拟合网络可以较好地预测出果树产量,在训练集和测试集的决定系数R^{\mathrm{2}}分别为0.7967和0.7982,均方根误差RMSE分别为1.5317和1.4021 ㎏,不同产量样本的预测精度基本稳定;果树测产模型在背景有白布和无白布的条件下,相对误差范围分别在7%以内和13%以内。本研究提出的基于轻量化改进YOLOv5的果树产量测定方法具有良好的精度和有效性,基本可以满足自然环境下树上苹果的测产要求,为现代果园环境下的智能农业装备提供技术参考。     

基于改进YOLOv5s和多模态图像的树上毛桃检测

毛桃等果实的准确检测是实现机械化、智能化农艺管理的必要前提。然而,由于光照不均和严重遮挡,在果园中实现毛桃,尤其是套袋毛桃的检测一直面临着挑战。本研究基于改进YOLOv5s和多模态视觉数据提出了面向机械化采摘的毛桃多分类准确检测。具体地,构建了一个多类标签的裸桃和套袋毛桃的RGB-D数据集,包括4127组由消费级RGB-D相机获取的像素对齐的彩色、深度和红外图像。随后,通过引入方向感知和位置敏感的注意力机制,提出了改进的轻量级YOLOv5s（小深度）模型,该模型可以沿一个空间方向捕捉长距离依赖,并沿另一个空间方向保留准确的位置信息,提高毛桃检测精度。同时,通过将卷积操作分解为深度方向的卷积与宽度、高度方向的卷积,使用深度可分离卷积在保持模型检测准确性的同时减少模型的计算量、训练和推理时间。实验结果表明,使用多模态视觉数据的改进YOLOv5s模型在复杂光照和严重遮挡环境下,对裸桃和套袋毛桃的平均精度（Mean Average Precision,mAP）分别为98.6%和88.9%,比仅使用RGB图像提高了5.3%和16.5%,比YOLOv5s提高了2.8%和6.2%。在套袋毛桃检测方面,改进YOLOv5s的mAP比YOLOX-Nano、PP-YOLO-Tiny和EfficientDet-D0分别提升了16.3%、8.1%和4.5%。此外,多模态图像、改进YOLOv5s对提升自然果园中的裸桃和套袋毛桃的准确检测均有贡献,所提出的改进YOLOv5s模型在检测公开数据集中的富士苹果和猕猴桃时,也获得了优于传统方法的结果,验证了所提出的模型具有良好的泛化能力。最后,在主流移动式硬件平台上,改进后的YOLOv5s模型使用五通道多模态图像时检测速度可达每秒19幅,能够实现毛桃的实时检测。上述结果证明了改进的YOLOv5s网络和含多类标签的多模态视觉数据在实现果实自动采摘系统视觉智能方面的应用潜力。     

基于YOLOv5x的鸡只基本行为识别方法研究

鸡只的健康养殖对于提高其产量和品质具有重要意义,传统的养殖模式缺乏专业的养殖指导和及时的疫病防控,无法满足健康养殖的要求,因此需要对鸡只行为进行识别,保证鸡只的健康生长。目前鸡只养殖过程的行为识别多采用人工观察或电子标签等方式,存在主观性强、耗时耗力的缺点。针对舍饲散养模式下鸡只外形、动作相似,相互之间易遮挡等问题,提出了基于YOLOv5x改进的YOLOv5x-Swin-TransformerV2-SPPF模型,在利用数据增强等技术建立鸡只行为识别数据集的基础上,通过改进主干网络、加强特征提取网络、增加小目标检测层及优化损失函数等方式,实现了对鸡只站立、采食、趴卧、饮水4种基本行为的自动识别,各行为平均精确率分别为90.8%,84.3%,92.8%,91.5%,4种行为识别的平均精确率均值（mAP）为89.9%,较改进前均值平均精度比YOLOv3、YOLOv5s、YOLOv5x分别提升了9.5%、4.37%、3.32%,通过结果分析验证了改进模型的有效性,达到利用深度学习技术进行鸡只的行为识别,实现对鸡只行为活动的实时监测,对于实现健康养殖和可持续发展的目标具有重要意义。     

基于改进YOLOv5s的日光温室黄瓜霜霉病孢子囊检测计数方法

针对温室孢子捕捉设备所采集图像中孢子囊分布密集、粘连堆叠和背景复杂的特点,提出一种基于改进YOLOv5s的黄瓜霜霉病孢子囊检测算法。首先,使用带CBAM(Convolutional Block Attention Module)注意力机制的Ghost卷积替代原始网络中的CSP(Cross Stage Partial)模块,抑制背景中的杂质,在保证产生丰富特征图的同时,降低模型的参数量,提升计算速度。其次,修改特征融合网络的连接方式,删除原来负责大物体检测的分支并加入一个更细粒度的分支,以加强对小目标和密集、堆叠目标的检测。最后,对不同预测头产生的损失值赋予不同的权重,并用考虑中心点距离的DIOU＿NMS非极大值抑制方法代替原来的NMS方法。改进后的YOLOv5s算法的平均准确率和FPS分别为91.18%和65.4帧/s,比原始的YOLOv5s算法高4.88%和7.1帧/s。该研究可为监测黄瓜霜霉病的发生和发展提供数据支撑,对于保障黄瓜的产量和质量具有重要意义。     

基于改进YOLOv5模型的经济林木虫害目标检测算法研究

对经济林木虫害进行目标检测有助于及时发现虫情,从而更有针对性地控制虫害。首先采用加权双向特征融合技术丰富各级特征图的语义信息和修改自适应Anchor计算方法对YOLOv5主干网络模型进行改进,然后在含20种经济林木虫害的图像扩增数据集上进行试验,最后与多种基于深度学习的目标检测方法进行对比。试验结果表明：改进后的YOLOv5模型相对于YOLOv3、YOLOv4、YOLOv5、Faster-RCNN和CenterNet模型,其平均精度均值分别提升0.133、0.156、0.113、0.128和0.078,最优达到0.923,模型推断速度为64.9帧。因此,改进的YOLOv5模型对经济林木虫害检测已达到实际应用水平,可为经济林木虫害预警系统提供算法支撑。     

基于YOLOv5的水培生菜幼苗状态快速检测研究

育苗是水培蔬菜种植过程中的关键环节,幼苗分拣是育苗过程中不可或缺的一个步骤。本文以水培生菜幼苗的死亡和双株状态为研究对象,提出了一种基于YOLOv5的水培生菜幼苗状态快速检测方法。根据水培生菜幼苗数据集密集、小目标的特点,采用K-means++聚类算法优化预设锚框尺寸,有效提高模型的检测精度。同时,利用AdamW优化算法,改良模型收敛结果。实验结果表明,本方法的平均检测精度为92.1%,能够实现水培生菜问题幼苗状态的实时、高精度检测,可为水培蔬菜幼苗分拣智能化和农业智能装备精准作业提供技术方案。     

基于卷积神经网络的家蚕病害识别研究

病害是我国养蚕业健康发展面临的主要威胁之一,为研究机械化养蚕模式下的家蚕病害防治方法,采用卷积神经网络进行家蚕病害图像的识别研究。首先在实际环境下,采用饲养和添食病原的方法,集中获取家蚕品种芳·秀×白·春在大蚕期的部分生长阶段下患脓病、微粒子病、白僵病、细菌病、农药中毒以及健康状态的样本,并开展图像采集工作,构建出家蚕病害图像数据集。其次采用特征融合和缩减结构的方法,对残差神经网络进行部分改进,以避免直接使用该算法会导致不必要的计算耗损。最后进行家蚕病害识别试验。结果表明:卷积神经网络能够高效准确识别家蚕病害图像,使用改进的算法在测试集上的准确率达到94.31%,与标准的残差神经网络准确率相当,但训练的参数量仅为原来的1/3,且识别效率大幅提升,更有利于网络的训练与部署。     

基于YOLOv3的病死猪猪头的识别方法

【目的】为在养殖场实现非接触对病死、死因不明或染疫猪猪头进行目标检测。【方法】课题组提出了一种基于YOLOv3的病死猪猪头的识别方法,将采集的病死猪图片通过处理制成数据集,并按一定比例分成训练验证集与测试集,通过YOLOv3模型训练,得到预训练权重参数,用评价指标对模型检测效果进行评估,从而获得最优模型的训练测试比。【结果】在训练测试比为8∶2时,YOLOv3算法模型对病死猪猪头的识别平均精度值达91.74%,准确率达95.56%,召回率达89.58%,满足目标检测精度要求,且该模型的平均准确率、准确率、召回率均高于SSD和FasterR-CNN算法模型。【结论】YOLOv3算法模型有助于在对病死猪进行无害化处理时,为机械手提供抓取目标,实现处理设备的智能化、无人化发展。     

基于YOLOv5改进的CBAM平贝母检测模型

目前的平贝母种植阶段中,覆土仍然依靠人工,这存在耗时、耗力、成本高等问题。故需要研制一款智能化的平贝母覆土机器,而实现智能化的第一步在于实现识别。以YOLOv5系列为基础训练出一系列模型,在其系列中挑出最优模型（YOLOv5s）进行改进;进而在骨干段加入CBAM注意力机制替换其C3结合,从而减少网络序列长度,减少计算复杂度。试验结果表明,改进后模型的准确度最高可达91.32%,召回率最高可达88.78%。本文模型的提出为下一步实现平贝母覆土机智能控制提供理论参考。     

改进YOLOv4的温室环境下草莓生育期识别方法

针对目前设施农业数字化栽培调控技术中对作物的生育期实时检测与分类问题,提出一种改进YO-LOv4的温室环境下草莓生育期识别方法.该方法将注意力机制引入到YOLOv4主干网络的跨阶段局部残差模块(Cross Stage Partial Residual,CSPRes)中,融合草莓不同生长时期的目标特征信息,同时降低复杂背...