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。     

基于改进残差网络的苹果叶片病害识别研究

苹果叶片病害形态相似、斑点大小不同，依靠人工和农业专家识别的传统方式效率较低。为此提出一种基于改进残差网络的苹果病害识别模型REP-ResNet。该模型在基准模型ResNet-50的基础上通过采用批标准化、激活函数、卷积层的残差结构顺序，加入通道注意力机制和并行卷积的方式进行改进。训练过程中，将公开数据集PlantVillage预训练的模型权重参数迁移至上述网络模型中重新训练，达到加快网络的收敛速度和提高模型识别能力的目的。采用数据扩充的方式解决训练过程中样本不均的问题。结果表明，REP-ResNet模型与基准网络模型相比识别准确率提高2.41个百分点。模型使用迁移学习的方式进行训练，在复杂背景下的苹果叶片病害识别中准确率达到97.69%，与传统卷积神经网络相比识别效果有较大提高。     

基于实例分割的玉米虫害检测研究

为实现玉米虫害精准、快速识别,提出基于实例分割的卷积神经网络结合迁移学习的虫害检测方法。以草地贪夜蛾的卵、幼虫、成虫为检测对象,使用数据增强对图像数据进行扩充,将Yolact++模型在COCO数据集上的预训练权重迁移至草地贪夜蛾的检测。使用focal loss中解决难易样本不均衡的思想,优化模型中的损失函数。以Detnet模型改进Yolact++模型中Resnet主干模型部分,提高对小目标检测的效果。训练过程中使用卷积层先冻结再解冻、局部与全局相结合的训练方法,获得最优权重模型,并对模型进行测试。结果表明：该方法与YoloV3+迁移学习、SSD+迁移学习、Yolact+迁移学习、Yolact++等检测算法相比,对复杂背景图像检测有更好的准确率与漏检率,测试的准确率达到96.32%,漏检率为5.51%,误检率为5.33%。     

基于二次迁移模型的小样本茶树病害识别

为提高小样本茶树病害识别的准确率,提出一种基于2次迁移模型的卷积神经网络茶树病害图像识别方法.首先将ResNet模型在ImageNet数据集上进行预训练,然后将预训练模型对植物病害数据集进行参数迁移训练,最后将迁移学习训练后的模型对扩充后的小样本茶树病害数据集进行2次参数迁移训练.结果表明,扩充后的数据集识别准确率较原数据集提高2.32％,再进行2次迁移学习后识别准确率又提高6.38％.通过调整训练超参数,对茶红锈藻病、炭疽病、茶网饼病、圆赤星病、藻斑病等5种茶树病害图像的识别准确率高达96.64％.在对5种茶树病害进行验证时,验证样本识别率与常规深度学习相比由93％提高至98％.2次迁移学习能够有效提高在小样本茶树病害识别下模型的识别能力,对实用化茶树病害识别具有重要的参考意义.     

基于计算机视觉的作物病害监测服务平台设计与研究

病害是威胁作物生长的主要因素，其特征复杂、变化多样。农业从业人员如缺乏专业知识，往往难以准确识别。以往图像识别方法常针对单一作物，图像分割后提取病害特征进行识别，无法适应多种作物。针对此问题，以水稻、番茄、柑橘、苹果为研究对象，以ResNet模型为基础构建深度学习网络框架，设计了含Squeeze-and-Excitation(SE)模块全新的全连接层，导入在ImageNet上预训练的权重，并在病害数据集上训练得到病害模型。为扩充图像数据，对训练集原图进行了亮度增减、随机旋转与镜面翻转等操作。基于扩充后的训练集进行病害识别和病害程度的分级研究。结果表明，对水稻、番茄、柑橘、苹果平均病害程度识别的准确率为94.16%，平均病害种类识别的准确率为92.45%；并利用训练好的模型基于c#.net core开发了病害监测平台，可实现作物病害的智能识别。     

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。     

近似联合训练的Faster R-CNN对立木图像的检测与识别

为提高复杂背景下立木图像的识别准确率，提出近似联合训练的Faster R-CNN对立木图像进行目标提取并分类。首先迁移ImageNet上的模型VGG16、ResNet101和MobileNetV2提取图像特征并微调网络，然后构建新的数据集包括7科10种立木图像共2 304张，通过该数据集训练和测试3种网络模型下的Faster R-CNN。结果表明，通过近似联合训练的Faster R-CNN得到的均值平均精度分别是93.64%、92.38%、92.58%，对于不同种属的立木，VGG16网络效果最佳。由于光照会对图像识别造成影响，将光照平衡前后的结果作对比，得到光照平衡后的立木图像识别结果优于平衡前。并利用训练的模型对斜向生长的立木图片进行检测，结果显示生长方向不影响图像识别准确率。证明该方法在具有复杂背景的立木图像上具有良好的效果，对更多立木的识别有一定的参考价值。     

基于改进的VGG16网络和迁移学习的水稻氮素营养诊断

为实现水稻氮素营养的快速、准确识别，采用改进的VGG 16网络和迁移学习相结合的水稻氮素营养诊断识别方法，以杂交稻‘两优培九’为试验对象进行田间试验，设置4组不同的施氮水平(施氮量分别为0、210、300和390 kg/hm²),在水稻幼穗分化期和齐穗期，扫描获取水稻叶片图像数据；通过图像预处理方法，对数据进行扩充；构建改进的VGG16和迁移学习相结合的网络模型对水稻叶片图像数据进行氮素营养诊断识别。结果表明：1)在幼穗分化期时，改进的VGG16网络的识别准确率为93.1%,模型大小约为迁移学习VGG16模型的1/6,训练时间约为1 261 s。2)在水稻幼穗分化期和齐穗期，该模型微调后的识别准确率均能达到95%以上。基于迁移学习和改进的VGG16网络所建立的水稻氮素营养诊断模型具有较好的泛化能力，可以预测水稻氮素营养状况，为水稻氮素营养诊断提供参考。     

基于对比学习的多肉植物分类识别方法研究

针对多肉植物种类多，类内差异大、类间差异小，数据难收集，导致传统分类算法不能有效解决多肉植物图像分类的问题，提出一种基于对比学习的多肉植物图像分类网络CL＿ConvNeXt。该网络以ConvNeXt为基础结构引入对比学习思想，在网络中间层添加非线性投影层（Projection head）作为辅助分类器来帮助模型对浅层网络进行特征提取；在一个批处理中通过数据增强来构造正样本，将剩余样本看作负样本；将交叉熵损失函数和对比损失函数进行加权计算，重新设计新的损失函数计算方法，实现单阶段模型训练。训练时采用迁移学习将预训练权重迁移到模型中来提高模型训练时的收敛速度，通过优化各种策略和参数来进一步提升模型的识别准确率。结果表明，在自制的190类多肉植物数据集中，在使用相同训练策略和环境配置的情况下，最终模型CL＿ConvNeXt对多肉植物图像分类识别准确率达到了91.79%，较原ConvNeXt模型结构的识别准确率提升了12.24个百分点，对解决多肉植物图像分类识别问题有较好的效果。     

基于迁移学习和改进残差网络的棉花叶螨为害等级识别

针对人工诊断棉叶螨害分级准确率低、耗时长、成本高的问题,提出一种基于迁移学习和改进残差网络的棉花叶螨为害等级识别方法。以3种受害等级的棉花叶片与健康叶片图像作为对象,分别于单一背景和自然环境下采集图像,构建图像数据集。首先,利用PlantVillage数据集预训练模型,使用数据增强技术对数据集进行数据增强,扩充训练样本;然后,在ResNet50网络模型的基础上,引入焦点损失函数,在不同网络层嵌入注意力机制模块,并加入Dropout正则化构建改进的ResNet50模型;最后,对比不同模型的识别效果。结果表明：同时在深层和浅层引入注意力机制模块,设定动量为0.9、学习率为0.001时,改进的ResNet50模型具有最好的分类效果,优于ResNet50、VGG16、MobileNet、AlexNet和SENet模型,对棉叶螨危害等级的平均识别准确率达到97.8%。     

基于改进EfficientNetv2模型的多品种南药叶片分类方法

为提高南药叶片的分类和分拣效率,本研究对 EfficientNetv2网络模型进行改进,引入迁移学习机制训练模型,选取自适应矩估计优化算法,通过多次测试进行超参数优化,确定学习率;采用MultiMarginLoss损失函数改善复杂背景信息对识别效果的影响。应用改进后的EfficientNetv2模型与其他轻量级模型对实地采集的复杂背景下的8种南药叶片进行分类效果对比试验,试验结果显示,改进模型对复杂背景下的南药叶片图像样本识别准确率为99.12%,相较于初始模型EfficientNetv2-S,准确率提高1.17%,并且参数量和模型大小均下降约85%,平均训练时间下降47.62%。与DenseNet121、ShuffleNet和RegNet等模型相比,改进模型在模型存储空间大小、准确率和训练时间3个指标上有明显优势。研究结果表明,在多品种南药叶片分类任务中,改进模型取得优良表现,模型的轻量化程度和性能得到进一步的提升。     

基于深度迁移学习模型的花卉种类识别

为了解决传统花卉识别方法中特征提取主观性强、模型泛化能力差、错分率高的问题,提出一种基于Inception_v3的深度迁移学习模型的花卉图像识别方法。本研究对5种常见花卉图像进行识别分类,首先对原始图像进行预处理,通过对每张图像进行水平翻转、旋转操作,扩增数据集;其次,采用预训练完毕的Inception_v3模型,对其在ImageNet上训练好的网络参数进行迁移学习,对各个参数进行微调,并保留原模型的特征提取能力,并将原模型的全连接层替换为符合本研究要求的5分类softmax分类输出层,从而构建基于深度迁移学习的识别模型。对5种花卉共计11 000张图像进行训练和验证,平均识别正确率达到93.73%,与传统的花卉识别方法相比,识别率得到提高,模型鲁棒性更强,具有一定的使用价值。     

基于迁移学习的竹片缺陷识别

使用竹片图像实现竹片缺陷自动识别，目前深度学习可以有效地解决该类问题，但是必须使用大量样本数据做训练才能获得较高的识别准确率。当图像数量有限时，利用基于迁移学习的方法，把经过预训练的卷积神经网络模型进行迁移，即共享卷积层和池化层的权重参数，调整新网络模型的超参数，并建立一个包含4种共计6 360张竹片缺陷图像的数据库，把图片分成4种训练集测试集形式，即80%训练、20%测试；60%训练、40%测试；40%训练、60%测试；20%训练、80%测试，分别利用支持向量机SVM分类方法、深度学习方法和迁移学习方法进行训练和测试，并将这3种方法作对比。最后，通过构建竹片缺陷识别的混淆矩阵对迁移学习进行具体分析与说明。结果表明，按照80%训练、20%测试的识别准确率最高，通过迁移学习得到的竹片缺陷最高识别精度分别达到98.97%，比普通深度学习提高了11.55% ，比SVM分类方法提高了13.04%。说明迁移学习比普通深度学习和传统支持向量机SVM分类方法更适合用于小样本数据集的分类识别，并且效果优于普通深度学习和 SVM 分类方法。     

基于迁移模型集成的马铃薯叶片病害识别方法

针对目前马铃薯叶片病害识别工作量大、准确率低且主观性强等热点问题，提出1种通过ResNet34模型结合不同迁移方式进行集成学习以快速识别马铃薯叶片病害图像的方法。首先，利用多种迁移方式(全部参数迁移、特征提取、微调及全新训练4种训练方法),通过调整超参数，使模型快速收敛达到全局最优点。其次，使用混淆矩阵对多种迁移方式的训练模型结果进行对比分析，微调模型识别准确率达到95.45%。最后，利用集成学习将3种训练较优的模型进行集成并与微调模型进行对比。通过试验建立了1个马铃薯叶片病害图像数据集，结果表明，相比现有热门神经网络模型，该数据集无论是识别准确率还是识别效率均有显著提升，通过对比发现，试验的总体准确率提升了3.68百分点，达到99.13%,迁移学习能够更快速地收敛，减少训练时间，并且集成学习能够大幅提升平均识别准确率。本研究提出的针对马铃薯叶片病害的识别方法成本低、精确率高，能更好地应用于日常病害识别中，为植物叶片病害的智能诊断提供借鉴和参考。     

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...     

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Faster R-CNN的蓝莓冠层果实检测识别分析

[目的]基于Faster R-CNN模型对不同成熟度蓝莓果实进行精准识别分类,为浆果类果实的自动化采摘、产量预估等提供技术支撑.[方法]选取成熟果、半成熟果、未成熟果剪切图像各4000幅和8000幅背景图像作为训练集,1000幅原始图像用于验证集开展试验,改进Faster R-CNN算法,设计一种对背景干扰、果实遮挡等因素具有良好鲁棒性和准确率的蓝莓果实识别模型,模型通过卷积神经网络(CNN)、区域候选网络(RPN)、感兴趣区域池化(ROI Pool-ing)和分类网络来实现蓝莓图像背景消除及果实识别并与DPM算法进行对比.[结果]以WOA算法优化的训练参数作为参考,在蓝莓数据集上训练网络模型.在分析P-R曲线后计算F发现,Faster R-CNN算法在成熟果、半成熟果和未成熟果上的F值分别为95.48%、95.59%和94.70%,与DPM算法相比平均高10.00%.在对3类蓝莓果实的识别精度方面,Faster R-CNN同样有着优秀的识别效果.对成熟果、半成熟果和未成熟果的识别准确率分别为97.00%、95.00%和92.00%,平均识别准确率为94.67%,比DPM算法高20.00%左右.该网络模型在高精度的识别效果下,对于蓝莓果实的平均识别速度依然达0.25 s/幅,能满足实时在线识别的需求.[建议]获取多角度、复杂环境下的图像用来提高模型识别率;利用迁移学习建立蓝莓识别模型;数据集样本扩充并分类.     

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.     

一种新型卷积神经网络植物叶片识别方法

为提高植物叶片识别的准确率及减少计算代价,在Pytorch框架下提出一种融合了深度卷积生成式对抗网络(DCGAN)和迁移学习(TL)的新型卷积神经网络叶片识别方法。首先,对植物叶片图像进行预处理,通过DCGAN对样本数据库扩充;其次,利用迁移学习将Inception v3模型应用于图像数据处理上,以提高植物叶片识别的准确率;最后,通过对比实验对该方法的有效性进行验证。结果表明:该方法可以获得96.57%的植物叶片识别精度,同时参数训练的迭代次数由4000次缩短到560次。     

一种改进可形变FCN的农作物害虫检测方法

田间农作物害虫种类繁多，不同的生长阶段形态和颜色各异，在自然环境下采集的图像背景复杂，角度和尺度变化多样，从而使传统的害虫检测方法准确率较低。提出一种改进可形变全卷积神经网络(deformable fully convolution network, DFCN)的农作物害虫检测方法，该方法由编码模块和解码模块组成。编码模块在VGG16中采用了可形变卷积，能适应不同形状、位置和尺寸等几何形变的害虫图像。为了更好地保留害虫图像的纹理特征和背景特征，在编码模块中应用了混合池化，加快了网络的训练速度，提高了害虫检测的准确率；解码模块对编码的下采样层进行反卷积操作，最后应用像素级分类器获得有效的检测图像。在扩展的害虫图像数据集上与DFCN方法的分割精确度和平均交并比分别为90.43、78.16,较语义分割方法SegNet分别提高了3.27、3.72,单幅图像的识别时间为0.36 s,比SegNet加快了0.16 s。结果表明DFCN方法在害虫图像检测方面具有较高的准确率，分割速度快，可为复杂背景下农作物害虫检测提供一定的理论参考。