基于坐标注意力机制和残差网络的水稻叶片病虫害识别

【目的】针对在自然条件下水稻叶片病虫害的识别效率不高、准确率较低的问题，探索基于ResNet深度学习网络的水稻叶片病虫害识别模型（ResNet50-CA）。【方法】在ResNet-50的残差卷积模块下引入坐标注意力机制（CA），采用LeakyReLU激活函数替代ReLU激活函数，使用3个3×3的卷积核替换ResNet-50模型首层卷积层中的7×7卷积核。【结果】在使用传统卷积神经网络进行水稻叶片病虫害研究发现，ResNet-50能够较好地平衡识别准确率和模型复杂度之间的关系，因此选择在ResNet-50网络模型的基础上加以改进。使用改进后的网络通过微调参数进行水稻叶片病虫害对比性能试验，研究发现在批量样本数为16和学习率为0.000 1时，ResNet50-CA获得最高的识别准确率（99.21%），优于传统的深度学习算法。【结论】改进后的网络能够提取出水稻病虫害更加细微的特征信息，从而取得更高的识别准确率，为水稻叶片病虫害识别提供新思路和方法。     

基于多尺度特征提取深度残差网络的水稻害虫识别

【目的】在水稻生产过程中,针对不同虫害需要采用不同的防治方案,水稻害虫的准确识别分类是制定针对性防治方案的前提。【方法】采用深度学习结合机器视觉的方法,基于Res2Net结构提出了一种多尺度特征提取的深度残差网络,通过准确地提取害虫特征实现复杂自然背景下的水稻害虫识别;采用改进的残差结构,使用等级制的类残差连接取代了原本的3×3卷积核,增加了每个网络层的感受野,可以更细粒度地提取多尺度特征。【结果】本网络训练的模型能够有效地识别自然背景下的水稻害虫,在自建的包含22类常见水稻害虫的图像数据集上,平均识别准确率达到了92.023%,优于传统的ResNet、VGG等网络。【结论】本文提出的模型可应用于水稻虫情自动监测系统,为实现水稻害虫虫情的机器视觉监测提供参考。     

基于卷积神经网络的番茄叶部病害识别方法

【目的】利用卷积神经网络构建作物病害识别模型,提高识别性能,解决作物病害识别性能低、泛化效果差等问题。【方法】通过数据增广技术增加样本多样性,引入聚焦损失改进模型学习目标,解决样本非均衡问题,分析比较不同卷积神经网络结构的识别性能,并用类激活图生成技术度量模型的可靠性。在番茄叶部病害数据集上验证方法的有效性。【结果】应用数据增广技术后,模型在简单背景样本上的识别准确率提高了1.0%,在复杂背景样本上提高了12.5%;聚焦损失使模型的准确率提高了0.1%;该模型的识别准确率为99.8%,对各类病害的召回率在97.3%以上;应用类激活图技术生成的显著性图可有效标识模型在识别过程中的重点关注区域。【结论】该方法能够有效解决病害图像样本非均衡问题,提高了病害识别模型的泛化性能,同时类激活图可以用于分析模型的可靠性,从而为番茄叶部病害防治提供参考。     

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。     

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...     

基于改进ShuffleNet V2网络的核桃破壳物料壳仁分类识别方法

核桃破壳后壳仁物料的高效无损分类检测是云南深纹核桃加工的关键技术缺口。本研究首先使用单独的下采样模块、网络浅层不使用深度卷积及网络深层使用H-Swish激活函数替代ReLu激活函数等优化策略,将ShuffleNet V2-0.5网络模型改进为C-ShuffleNet网络模型,实现轻量化的核桃破壳物料壳仁分类检测;然后,用核桃破壳物料壳仁数据集对改进前后的模型进行训练,进而对改进后的模型进行评估与检验;最后,将改进后的模型C-ShuffleNet与AlexNet、ResNet、EfficientNet、MobileNet等经典分类网络模型进行综合性能比较。结果表明,改进后的C-ShuffleNet模型大小比改进前的ShuffleNet V2-0.5压缩了8.9%,测试集准确率达到98.34%,比改进前提高了1.28个百分点,模型推理速度两者相差不大;与AlexNet、ResNet、EfficientNet、MobileNet等模型相比,C-ShuffleNet模型不但能保证较高的识别准确率,同时所占内存空间较小,识别时间更短,更加适合在嵌入式平台上开发应用。本研究结果为深纹核桃破壳物料壳...     

基于微调卷积神经网络迁移学习模式下被害棉叶图像的识别

【目的】研究一种基于卷积神经网络的危害棉叶症状识别技术,提高棉花病虫害的识别准确率。【方法】基于caffe深度学习框架,在CaffeNet网络结构基础上增加一层全连接层(记为CaffeNet+1),并结合迁移学习方法对网络进行训练。采集健康、红叶茎枯、红蜘蛛、枯萎、黄萎、双斑萤叶甲、蚜虫、褐斑棉叶图像各975张作为样本集。随机选取验本集中80%的图像样本作为训练集,剩余20%作为测试集。【结果】迁移学习方式下学习率取0.005时的CaffeNet+1模型最优,在测试集上其识别准确率可达98.9%。【结论】在与全新学习模式下的CaffeNet模型相比,该方法可加速网络模型收敛,且具有更高的识别准确率,该技术方法在准确识别田间病虫害棉叶后表现症状的图像写出来具体方面具有重要的应用价值。     

一种植物病害图像识别卷积网络架构

针对人工提取植物病害图像特征存在效率低、识别率低、成本高等问题,提出一种基于DenseNet网络的现代卷积神经网络架构FI-DenseNet,旨在对多种类的植物病害图像达到高精准的识别准确率.引入Focal损失函数对DenseNet网络进行改进,使得训练模型的注意力集中于难分类的样本.FI-DenseNet网络可以增强特征传递、进行深层训练或有效改善过拟合问题.采用的数据集有87 867张植物病害图像,图像包含同种植物的多种病害,并涉及38种植物病害.对图像进行预处理、数据增强后,将DenseNet169网络、ResNet50网络和MobileNet网络作为参照实验.实验结果表明,FI-DenseNet网络的收敛速度更快且识别准确率最高,测试集识别准确率为98.97％,FI-DenseNet网络的鲁棒性和泛化能力均优于对照网络,可为植物病害智能诊断提供参考.     

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...     

基于卷积神经网络的水稻氮素营养诊断

为了快速、准确诊断和识别水稻氮素胁迫程度，对水稻进行大田栽培试验。以超级水稻‘两优培九’为试验对象，设置0、210、300和390 kg·hm^-2共4个施氮水平处理，通过扫描采集幼穗分化期和齐穗期水稻顶1、顶2、顶3叶图像，在卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)ResNet34的每个残差块中加入SE block(squeeze-and-excitation block)模块，并将在图像数据集ImageNet(ImageNet large scale visual recognition challenge)上训练得到的权重参数迁移到水稻氮素营养诊断的识别模型中，ResNet34的特征提取层保持原结构，模型结尾的池化层替换为全局平均池化层，利用改进后的网络对水稻图像进行特征提取，训练得到最优的权重参数。结果表明，改进后的网络对水稻幼穗分化期的模型测试准确率达到98.13%，齐穗期的准确率达到99.46%，且模型的收敛速度更快，相比于改进前的网络准确率均提升了7%以上。以上结果表明，通过在ResNet34残差块中加入SE b...     

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...     

基于卷积神经网络的天麻表面破损检测研究

【目的】为解决传统天麻表面破损主要依靠人工检测的问题,提出将残差神经网络模型(Faster R-CNN ResNet101)检测方法应用到天麻表面破损识别中,以期取得较好的识别效果。【方法】以腐烂、霉变、机械损伤和完好等4类天麻为研究对象,在卷积神经网络和区域候选网络的基础上构建模型,然后在tensorflow框架上实现模型检测,最后对比分析结果。【结果】天麻表面破损检测模型利用Faster R-CNN ResNet101网络中的输入卷积层以及4个卷积组进行特征提取,区域候选网络生成天麻表面破损的初步位置候选框,实现候选框的分类和定位,其识别率达95.14%,且查准率为0.94,召回率为0.92。与SSD (Single Shot multibox Detector)、Faster_rcnn_inception和Rfcn_resnet101等3种神经网络识别方法对比,识别率分别提高了13.02%、10.69%和12.02%。【结论】该模型具有泛化能力强、准确率较高和鲁棒性较好等特点,为农产品的识别研究提供了参考和借鉴。     

基于卷积神经网络的水稻病害图像识别研究

【目的】针对传统水稻病害识别技术对图像特定特征依赖性强、识别效率低等问题,提出将深度学习理论应用到水稻病害识别中,以期取得较好的识别效果。【方法】通过使用深度卷积网络建立水稻病害识别模型,对水稻3种主要病害数据进行了归一化处理,采用深度学习框架Keras进行深度CNN训练。通过设置不同的卷积核尺寸和池化函数,对水稻3种常见病害进行分类识别研究。【结果】卷积核尺寸采用9×9和池化函数采用最大池化构建的模型识别率最高;模型经过5次迭代,其识别准确率就能达到90%以上;当迭代6次时,图像趋于稳定,模型基本达到收敛;从模型性能分析看,损失函数呈梯度下降趋势,变化相对平稳,预测损失偏差逐步减少。【结论】该模型具有泛化能力较强、准确率较高、鲁棒性较好及损失率较小等特点,这为植物病害的识别研究提供了参考和借鉴。     

基于多尺度卷积与通道域增强的草莓病害识别方法

为提高草莓病害图像的分类准确性，提出一种基于通道域增强的深度超参数化金字塔卷积残差网络(CEM-DOPConv-ResNet18)。首先，针对草莓病害的多尺度特点，基于金字塔卷积与深度超参数化卷积提出深度超参数化金字塔卷积(DOPConv),在提取多尺度病害特征的同时，缓解参数量增加导致的收敛干扰；其次，提出基于双重池化的通道增强模块，用以提高模型的特征选择能力，增强有用尺度下的特征；最后，将上述方法与ResNet18结合，将原本的3×3卷积替换为DOPConv,同时在残差块中加入通道增强模块，构建出草莓病害分类网络。为验证模型识别性能与模块有效性，在草莓病害图像数据集上进行对比试验和消融试验。对比试验结果表明，与原有ResNet18模型相比，CEM-DOPConv-ResNet18的准确率达97.867%,提高3.045百分点，同时内存占用量下降16.6%;消融试验结果表明，相较于原始金字塔卷积，DOPConv可以优化模型收敛，对通道增强模块具有更高的兼容度。该模型提高了草莓病害的分类准确率，降低了网络复杂度，为病害的精准识别提供了一种有效解决模型。     

基于梅尔谱图和改进ResNet34模型的鸭蛋裂纹识别算法

针对鸭蛋裂纹人工检测受主观性影响造成精度波动大等问题,利用ResNet34网络模型,提出1种基于梅尔谱图的鸭蛋裂纹识别算法。首先利用敲蛋装置收集敲蛋声音数据,再将音频转化成梅尔谱图,构建梅尔谱图数据集,然后搭建ResNet34模型,引入迁移学习机制训练模型,再通过Adam优化算法更新梯度,增加注意力机制模块并将卷积结构替换为深度可分离卷积以对网络模型进行改进,并调整参数进行优化,最后利用模型对鸭蛋裂纹进行识别。结果显示：改进的ResNet34DP＿CA网络模型检测的平均准确率为92.4%,对比原始ResNet34网络模型,平均准确率提高5.5个百分点,参数量减少32%;对比其他网络模型VGG16、MobileNetv2和EfficientNet,平均准确率分别提高10.9、13.7、16.3个百分点,识别时间为21.5 ms。结果表明,所提出的基于梅尔谱图和改进ResNet34模型的鸭蛋裂纹识别算法,能够有效地对鸭蛋裂纹进行检测识别。     

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。     

基于改进VGG卷积神经网络的棉花病害识别模型

为实现自然条件下棉花病害图像准确分类,提出基于改进VGG-16卷积神经网络的病害识别模型。该模型在VGG-16网络模型基础上,优化全连接层层数,并用6标签SoftMax分类器替换原有VGG-16网络中的SoftMax分类器,优化了模型结构和参数,通过微型迁移学习共享预训练模型中卷积层与池化层的权值参数。从构建的棉花病害图像库中随机抽取病害图像样本作为训练集和测试集,用以测试该方法的性能。试验结果表明:该模型能有效提取出棉花病害叶片图像的多层特征图像,并通过Relu激活函数的处理更能凸显棉花病害的边缘信息与纹理信息,分辨率为512像素×512像素图像在样本训练与验证试验效果最好。在平均识别准确率方面,本研究模型较BP神经网络、支持向量机、AlexNET、GoogleNET、VGG-16NET效果最好,达到89.51%,实现对棉花的褐斑病、炭疽病、黄萎病、枯萎病、轮纹病、正常叶片的准确区分。该模型在棉花病害识别领域具备良好的分类性能,可实现自然条件下棉花病害的准确识别。     

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...     

多变环境下基于多尺度卷积网络的猪个体识别

【目的】通过实现复杂多变环境下非接触式猪个体身份识别,提高畜牧行业的生产效率。【方法】以猪舍环境下猪的脸部图像为基础,提出了一种基于多尺度卷积神经网络在多变环境下的猪个体身份识别模型。利用改进的多尺度网络结构,该模型实现了深度和宽度的扩展,网络深度达到了86层。网络不仅使用了对称和非对称的两种方法拆分卷积核和多通道的方法并行提取猪脸特征,还利用网络融合技术和Batch Normalization结构过滤掉通道中的冗余信息。避免了深层网络参数激增,增强了模型对猪脸特征的提取能力并提高模型的识别速度。利用预处理后的11 695张猪脸数据集训练并验证模型,通过设置7组不同环境下的对比实验,分析改进的模型在复杂环境下的识别效果。【结果】86层的基于多尺度分类网络的识别模型权重大小和每轮样本的训练时间分别为498.4 M和66 s,比16层的VGG网络权重小1140 M,每轮训练速度快8 s。利用7组测试集的对比实验的结果表明,提出的模型在7种环境下的识别率都高于其他网络,尤其是在真实养殖环境下识别率高达99.81%。当猪脸图像中出现遮挡和旋转的情况时,提出的模型识别率皆高于92%。【结论】提出的针对脸部特征的猪个体身份识别模型是有效的,并在多变环境下具有较高的识别率和鲁棒性,为实现一体化管理及追踪溯源的研究提供参考。