基于改进YOLOv5的草莓病害识别

为提高草莓的总产量,合理监控和防治草莓病害是有效的手段,提出一种基于改进YOLOv5的草莓病害识别算法。该检测算法以CSPDarknet作为主干特征提取网络,能够有效提高模型的性能和训练效率,并使用EIOU Loss损失函数与K-means聚类算法,来提高模型的收敛速度。同时,在模型中增加CBAM注意力机制来提高检测精度,最终构建基于改进YOLOv5的CBAM-YOLOv5l算法。试验结果表明,改进后的模型较之原始模型,在检测精度上有所提升且依然能保证高效的检测速度。另外,经过训练的CBAM-YOLOv5l目标检测算法在验证集下的总体平均精度达到96.52%,平均检测时间为27.52 ms,对比YOLOv4、YOLOv4-Tiny、Faster＿R-CNN等目标检测算法,该检测算法在精度上具有更大的优势,在实际的草莓果园环境中具有良好的鲁棒性与实时性,可以满足草莓病害识别精度的需求,能够可靠地提示草莓健康状态,从而及时地实现精准施药等保护措施。     

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。     

基于轻量化YOLOv5s的花椒簇检测研究

针对现有花椒簇检测算法模型参数量多、计算量大、检测速度低、很难部署到嵌入式设备的问题,提出一种基于轻量化YOLOv5s的花椒簇检测算法模型。首先将ShuffleNet v2主干网络替代原YOLOv5s中的主干网络进行重构;同时将SPPF嵌入至ShuffleNet v2骨干中;其次引入轻量级注意力机制CBAM;最后使用SIoU＿Loss代替CIoU＿Loss作为回归损失函数。试验结果表明：改进后的轻量化YOLOv5s网络参数降低85.6%,计算量降低87.7%,对花椒簇的检测精度mAP@0.5达到92.6%,较原YOLOv5s模型提高3.4%,mAP@0.5:0.95达到61.4%,检测时间为11 ms,相比原模型16 ms缩短31.3%,可以满足在现场环境下对花椒簇的检测。     

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的麦穗检测算法研究

【目的】解决麦穗检测中麦穗之间相互遮挡、麦穗在图像中难以检测和不同环境造成目标模糊等情况导致麦穗检测精度低的问题。【方法】笔者提出一种基于改进YOLOv5s的算法,通过将数据集同时进行离线增强和在线增强,再将YOLOv5s的骨干网络进行改进,增添具有注意力机制的transformer模块,强化主干网络的全局特征信息提取能力,neck结构由原来的PAFPN改为具有双向加强融合的BiFPN特征融合网络,进行多尺度的特征融合。最后,在head部分使用EIoU-NMS来替代NMS,提高对遮挡麦穗的识别度。【结果】相比于其他改进单一结构的YOLOv5s模型,此综合性改进模型具有更好的检测效果,使mAP@0.5:0.95提高了1.4%,改进的算法比原始YOLOv5s算法的mAP@0.5提高了1.8%。【结论】使用离线增强和在线增强的方式可以使模型的精度有所提升;该模型的改进有效增强了麦穗识别过程中特征融合的效率,提高了麦穗检测的效果,能够为后续相关模型的改进升级提供参考。     

基于改进YOLO v4的自然环境苹果轻量级检测方法

针对苹果采摘机器人识别算法包含复杂的网络结构和庞大的参数体量,严重限制检测模型的响应速度问题,本文基于嵌入式平台,以YOLO v4作为基础框架提出一种轻量化苹果实时检测方法(YOLO v4-CA)。该方法使用MobileNet v3作为特征提取网络,并在特征融合网络中引入深度可分离卷积,降低网络计算复杂度;同时,为弥补模型简化带来的精度损失,在网络关键位置引入坐标注意力机制,强化目标关注以提高密集目标检测以及抗背景干扰能力。在此基础上,针对苹果数据集样本量小的问题,提出一种跨域迁移与域内迁移相结合的学习策略,提高模型泛化能力。试验结果表明,改进后模型的平均检测精度为92.23%,在嵌入式平台上的检测速度为15.11f/s,约为改进前模型的3倍。相较于SSD300与Faster R-CNN,平均检测精度分别提高0.91、2.02个百分点,在嵌入式平台上的检测速度分别约为SSD300和Faster R-CNN的1.75倍和12倍;相较于两种轻量级目标检测算法DY3TNet与YOLO v5s,平均检测精度分别提高7.33、7.73个百分点。因此,改进后的模型能够高效实时地对复杂果园环境中的苹果进行检测,适宜在嵌入式系统上部署,可以为苹果采摘机器人的识别系统提供解决思路。     

基于树冠图像特征的苹果园神经网络估产模型

针对树上苹果产量的早期估测问题,提出了一种利用果树图像树冠树叶与果实的信息,通过BP(Back propagation)神经网络建立模型进行苹果估产的方法。首先在苹果园内分别获取果树在苹果半熟期、成熟期的数字图像,并在苹果收获时将每棵树上的苹果称量,得到实际产量;采用图像处理方法识别出树冠上的果实及树叶;提取果实区域及树叶区域与产量相关的信息为输入,以果树实际产量为输出,建立基于BP神经网络的半熟期与成熟期估产模型,拟合度R分别达到0.928 7、0.980 4。将模型用于待估产样本,得到半熟期样本估测产量与实际产量拟合度R为0.876 6,成熟期样本估测产量与实际产量拟合度R为0.960 6。结果表明该模型具有较好的预测精度与鲁棒性。     

基于YOLO v5-Lite的自然环境木瓜成熟度检测方法

利用深度学习实现视觉检测技术对自然环境下树上木瓜成熟度的识别,从而监测木瓜生长期成熟度有重要意义。针对目前木瓜的成熟度主要以人工判断为主,缺乏对木瓜成熟度快速、准确的自动检测方法问题,本研究基于轻量化YOLO v5-Lite模型,对自然环境下木瓜成熟度检测方法进行研究,通过采集的1 386幅木瓜图像,训练得到最优权值模型。实验结果表明,该模型对木瓜检测mAP为92.4%,与目前主流的轻量化目标检测算法YOLO v5s、YOLO v4-tiny以及两阶段检测算法Faster R-CNN相比,其mAP分别提高1.1、5.1、4.7个百分点;此外,在保证检测精度的前提下,检测时间为7 ms,且模型内存占用量仅为11.3 MB。同时,该模型对不同拍摄距离、不同遮挡情况、不同光照情况下的果实均能实现准确识别,能够快速有效地识别出复杂背景下木瓜果实的成熟度,具有较强的鲁棒性,可以为木瓜果园的产量估计和采摘机器的定位检测提供技术支持。     

基于PSA-YOLO网络的苹果叶片病斑检测

为提高YOLOv4目标检测算法对苹果叶片小型病斑的检测性能,提出了一种PSA（金字塔压缩注意力）-YOLO算法。在CSPDarknet53的基础上融合了Focus结构和PSA机制,并采用网络深度减小策略,构建了参数量小、精确度高的PSA-CSPDarknet-1轻量化主干网络。其次在网络颈部,搭建了空间金字塔卷积池化模块,用极小的计算代价增强了对深层特征图的空间信息提取能力,并采用α-CIoU损失函数作为边界框损失函数,提高网络对高IoU阈值下目标的检测精度。根据实验结果,PSA-YOLO网络在苹果叶片病斑识别任务中的AP50达到88.2%。COCO AP@[0.5∶0.05∶0.95]达到49.8%,比YOLOv4提升3.5个百分点。网络对于小型病斑的特征提取能力提升幅度更大,小型病斑检测AP比YOLOv4提升3.9个百分点。在单张NVIDIA GTX TITAN V显卡上的实时检测速度达到69帧/s,相较于YOLOv4网络提升13帧/s。     

基于轻量化YOLOv3卷积神经网络的苹果检测方法

为使苹果采摘机器人在复杂果树背景下能快速准确地检测出苹果,提出一种轻量化YOLO(You only look once)卷积神经网络(Light-YOLOv3)模型与苹果检测方法。首先,对传统YOLOv3深度卷积神经网络架构进行改进,设计一种同构残差块串联的特征提取网络结构,简化目标检测的特征图尺度,采用深度可分离卷积替换普通卷积,提出一种融合均方误差损失和交叉熵损失的多目标损失函数;其次,开发爬虫程序,从互联网上获取训练数据并进行标注,采用数据增强技术对训练数据进行扩充,并对数据进行归一化,针对Light-YOLOv3网络训练,提出一种基于随机梯度下降(Stochastic gradient descent,SGD)和自适应矩估计(Adaptive moment estimation,Adam)的多阶段学习优化技术;最后,分别在计算机工作站和嵌入式开发板上进行了复杂果树背景下的苹果检测实验。结果表明,基于轻量化YOLOv3网络的苹果检测方法在检测速度和准确率方面均有显著的提高,在工作站和嵌入式开发板上的检测速度分别为116.96、7.59 f/s,F1值为94.57%,平均精度均值(Mean average precision,mAP)为94.69%。     

基于NDWI和卷积神经网络的冬小麦产量估测方法

为进一步提高冬小麦单产估测的效率和准确性,利于宏观指导农业生产、制定冬小麦整个生长期的精准管理决策,针对目前已有的县域冬小麦单产估测方法存在时效性差、准确度低、成本高等问题,以中分辨率成像光谱仪(Moderate resolution imaging spectroradiometer,MODIS)为数据源,分别提取不...     

基于改进Linknet网络的黄土高原苹果园精准提取

黄土高原近20年来苹果栽植面积迅猛增加,对区域生态水文和社会经济发展均产生了重要影响。但该区域果园地块小且场景复杂,仅有县/市尺度统计数据,尚无苹果园实际的空间分布信息。为此,本研究建立了无人机低空遥感影像专业数据集。融合迁移学习与深度学习方法,将残差神经网络ResNet34网络迁移到Linknet网络,得到R_34_Linknet网络。将R_34_Linknet网络与5种常用的深度学习语义分割模型SegNet、FCN_8s、DeeplabV3+、UNet和Linknet应用于黄土高原苹果园空间分布提取,表现最好的模型为R_34_Linknet,其在测试集上的调和平均值F₁为87.1%,像素准确度PA为92.3%,均交并比MIoU为81.2%,频权交并比FWIoU为85.7%,平均像素准确度MPA为89.6%。将空间金字塔池化结构（Atrous Spatial Pyramid Pooling,ASPP）与R_34_Linknet网络相结合,扩大网络的感受野,得到R_34_Linknet_ASPP网络;然后对ASPP结构进行改进,得到R_34_Linknet_ASPP+网络。对比三种网络性能,表现最优的为R_34_Linknet_ASPP+,在测试集上F₁为86.3%,PA为94.7%,MIoU为82.7%,FWIoU为89.0%,MPA为92.3%。使用R_34_Linknet_ASPP+在长武县王东沟和白水县通积村提取苹果园面积精度分别为94.22%和95.66%。本研究提出的R_34_Linknet_ASPP+方法提取到的苹果园更加准确,苹果园地块边缘处效果更好,可作为黄土高原苹果园空间分布制图等研究的技术支撑和理论依据。     

基于改进SSD卷积神经网络的苹果定位与分级方法

为实现苹果果径与果形快速准确自动化分级,提出了基于改进型SSD卷积神经网络的苹果定位与分级算法。深度图像与两通道图像融合提高苹果分级效率,即对从顶部获取的苹果RGB图像进行通道分离,并提取分离通道中影响苹果识别精度最大的两个通道与基于ZED双目立体相机从苹果顶部获取的苹果部分深度图像进行融合,在融合图像中计算苹果的纵径相关信息,实现了基于顶部融合图像的多个苹果果形分级和信息输出;使用深度可分离卷积模块替换原SSD网络主干特征提取网络中部分标准卷积,实现了网络的轻量化。经过训练的算法在验证集下的识别召回率、精确率、mAP和F1值分别为93.68%、94.89%、98.37%和94.25%。通过对比分析了4种输入层识别精确率的差异,实验结果表明输入层的图像通道组合为DGB时对苹果的识别与分级mAP最高。在使用相同输入层的情况下,比较原SSD、Faster R-CNN与YOLO v5算法在不同果实数目下对苹果的实际识别定位与分级效果,并以mAP为评估值,实验结果表明改进型SSD在密集苹果的mAP与原SSD相当,比Faster R-CNN高1.33个百分点,比YOLO v5高14.23个百分点...