基于改进SqueezeNet模型的多品种茶树叶片分类方法

为实现茶树叶片种类的准确、无损、快速分类,以复杂背景下6个品种的茶树叶片图像作为研究对象,通过卷积神经网络实现茶树叶片品种分类。选择经典轻量级卷积神经网络SqueezeNet,通过在Fire模块中增加批归一化处理,实现网络参数不显著增加的前提下大幅提升网络对多品种茶树叶片分类的准确率;通过将Fire模块中的3×3标准卷积核替换为深度可分离卷积,进一步缩小网络模型,降低网络对硬件资源的要求;通过在每个Fire模块中引入注意力机制,增强网络对重要特征信息的提取能力,提升模型分类性能。试验结果表明,原始SqueezeNet模型对多品种茶树叶片分类准确率为82.8%,增加批归一化处理后模型在测试集的准确率达到86.0%,参数量只有7.31×10⁵,相对于改进前参数量仅增加0.8%,运算量与改进前基本相同;将Fire模块中的3×3标准卷积核替换成深度可分离卷积后的模型在测试集的准确率为86.8%,准确率提高0.8个百分点,参数量下降至2.46×10⁵,模型参数量减小66.3%,运算量下降60.4%;引入注意力机制后的模型测试集分类准确率达到90.5%,...     

基于改进DeepLabv3+的火龙果园视觉导航路径识别方法

针对视觉导航系统应用在火龙果园环境中面临干扰因素多、图像背景复杂、复杂模型难以部署等问题,本文提出了一种基于改进DeepLabv3+网络的火龙果园视觉导航路径识别方法。首先,采用MobileNetV2取代传统DeepLabv3+的主干特征提取网络Xception,并将空间金字塔池化模块(Atrous spatial pyramid pooling, ASPP)中的空洞卷积替换成深度可分离卷积(Depthwise separable convolution,DSC),在提升模型检测速率的同时大幅减少了模型的参数量和内存占用量;其次,在特征提取模块处引入坐标注意力机制(Coordinate attention,CA),增强了模型的特征提取能力;最后,通过设计的导航路径提取算法对网络模型分割出的道路掩码区域拟合出导航路径。实验结果表明：改进后的DeepLabv3+的平均交并比和平均像素准确率分别达到95.80%和97.86%,相较原模型分别提升0.79、0.41个百分点。同时,模型内存占用量只有15.0MB,和原模型相比降低97.00%,与Pspnet和U-net模型相比则分别降低91.57%、 91.02%。另外,导航路径识别精度测试结果表明平均像素误差为22像素、平均距离误差7.58cm。已知所在果园道路宽度为3m,平均距离误差占比为2.53%。因此,本文研究方法可为解决火龙果园视觉导航任务提供有效参考。     

基于改进LRCN的鱼群摄食强度分类模型

实现饵料的自动投喂是自动化水产养殖的重点,对鱼群的摄食强度进行识别能够为精准投饵提供参考。目前大多数关于鱼群摄食强度的研究都是基于循环养殖池或者自制鱼缸中,并不适用于开放式养殖池塘。基于实际环境,采用水上观测方式建立了鱼群摄食强度视频数据集,并提出了一种基于改进长期卷积循环网络(LRCN)的鱼群摄食强度分类模型,将注意力机制SE模块嵌入卷积神经网络中,通过SE-CNN网络提取视频帧的特征,输入至双层GRU网络中,最后通过全连接分类层得出视频类别。提出的SE-LRCN模型实现了对鱼群摄食视频的强度三分类。试验结果表明,本文提出的模型分类准确率达到97%,F1值达到94.8%,与改进前的LRCN模型相比,准确率提高12个百分点,F1值提高12.4个百分点。研究模型可以更精细地识别鱼群的摄食强度,为自动化精准投饵提供参考。     

基于Res2Net和双线性注意力的番茄病害时期识别方法

针对番茄叶片型病害在早晚期具有类内差异大、类间差异小的特点,常规神经网络对此类病害的分类效果不佳的问题,提出了基于Res2Net和双线性注意力的番茄病害时期识别方法,通过多尺度特征和注意力机制,提高网络的细粒度表征能力。首先,提出EFCA通道注意力模块,在不降维的基础上,使用二维离散余弦变换代替全局平均池化,以减少常规通道注意力获取时的信息丢失。其次,在外积之后加入最大池化和concat操作,避免双线性融合后因维度过高导致的特征冗余。在7种不同种类和14种不同程度病害番茄叶面型病害数据集实验中,本文方法分类准确度分别为98.66%和86.89%。     

基于卷积神经网络的奶牛发情行为识别方法

对奶牛发情的及时监测在奶牛养殖中至关重要。针对现有人工监测奶牛发情行为费时费力、计步器接触式监测会产生奶牛应激行为等问题,根据奶牛发情的爬跨行为特征,提出一种基于卷积神经网络的奶牛发情行为识别方法。构建的卷积神经网络通过批量归一化方法提高网络训练速度,以Max-pooling为下采样,修正线性单元(Rectified linear units,Re LU)为激活函数,Softmax回归分类器为输出层,结合理论分析和试验验证,确定了32×32-20c-2s-50c-2s-200c-2的网络结构和参数。经过对奶牛活动区50头奶牛6个月的视频监控,筛选了具有发情行为爬跨特征的视频150段,随机选取网络训练数据23 000幅和测试数据7 000幅,对构建的网络进行了训练和测试。试验结果表明:本文方法对奶牛发情行为识别准确率为98. 25%,漏检率为5. 80%,误识别率为1. 75%,平均单幅图像识别时间为0. 257 s。该方法能够实现奶牛发情爬跨的无接触实时监测,对奶牛发情行为具有较高的识别率,可显著提高规模化奶牛养殖的管理效率。     

基于深度残差学习的成熟草莓识别方法

为解决自然状态下成熟草莓存在的背景干扰、信息丢失等问题,提出一种基于深度残差学习的草莓识别方法。首先,引入深度可分离卷积降低残差网络参数,从不同角度提取成熟草莓特征,通过交叉熵损失函数来识别分类层中的草莓。其次,嵌入压缩和激励模块学习特征权重,使用特征重新校准改善网络的学习和表征属性。最后,采用添加空间金字塔池化、加权衰减优化方法提高模型的泛化能力,优化识别结果。试验结果表明,和现有其他深度模型相比,该方法能够有效地定位复杂背景下的成熟草莓,不易受到干扰环境的影响,具有更高的识别准确率和灵敏度,在数据集C中的识别准确率和灵敏度最高,分别达到92.46%和94.28%。     

基于脸部RGB-D图像的牛只个体识别方法

为实现非接触、高精度个体识别,本文提出了一种基于牛只脸部RGB-D信息融合的个体身份识别方法。以108头28~30月龄荷斯坦奶牛作为研究对象,利用Intel RealSense D455深度相机采集2334幅牛脸彩色/深度图像作为原始数据集。首先,采用冗余图像剔除方法和自适应阈值背景分离算法进行图像预处理,经增强共得到8344幅牛脸图像作为数据集;然后,分别选取Inception ResNet v1、Inception ResNet v2和SqueezeNet共3种特征提取网络进行奶牛脸部特征提取研究,通过对比分析,确定FaceNet模型的最优主干特征提取网络;最后,将提取的牛脸图像特征L2正则化,并映射至同一特征空间,训练分类器实现奶牛个体分类。测试结果表明,采用Inception ResNet v2作为FaceNet模型的主干网络特征提取效果最优,在经过背景分离数据预处理的数据集上测试牛脸识别准确率为98.6%,验证率为81.9%,误识率为0.10%。与Inception ResNet v1、SqueezeNet网络相比,准确率分别提高1、2.9个百分点;与未进行背景分离的数据集相比,准确率提高2.3个百分点。     

基于深度卷积神经网络的柑橘目标识别方法

针对户外自然环境,基于深度卷积神经网络设计了对光照变化、亮度不匀、前背景相似、果实及枝叶相互遮挡、阴影覆盖等自然环境下典型干扰因素具有良好鲁棒性的柑橘视觉识别模型。模型包括可稳定提取自然环境下柑橘目标视觉特征的深层卷积网络结构、可提取高层语义特征来获取柑橘特征图的深层池化结构和基于非极大值抑制方法的柑橘目标位置预测结构,并基于迁移学习完成了柑橘目标识别模型训练。本文运用多重分割的方法提高了柑橘目标识别模型的多尺度图像检测能力和实时性,利用包含多种干扰因素的自然环境下柑橘目标数据集测试,结果表明,柑橘识别模型对自然采摘环境下常见干扰因素及其叠加具有良好的鲁棒性和实时性,识别平均准确率均值为86. 6%,平均损失为7. 7,平均单帧图像检测时间为80 ms。     

基于改进ConvNeXt的奶牛行为识别方法

奶牛的动作行为（进食、躺卧、站立、行走和甩尾）直接或间接地反映了奶牛的健康及生理状况,是奶牛疾病监测及感知奶牛异常的关键,为准确高效地对奶牛行为进行识别,提出了一种融合时间和空间注意信息的多分支并行的CAFNet（ConvNeXt-ACM-FAM）奶牛行为识别模型,该模型在卷积网络ConvNeXt的基础上融合非对称多分支卷积模块（ACM）和特征注意力模块（FAM）。首先,利用ACM划分通道分支提取特征并保留一部分原始特征,防止信息过度丢失。其次,FAM对不同通道的特征进行融合并引入SimAM注意力机制,不增加网络参数的同时增强重要特征的有效提取。实验结果表明,该方法对进食、躺卧、站立、行走和甩尾行为识别准确率分别为95.50%、93.72%、90.26%、86.43%、89.39%,平均准确率为91.06%,参数量相较于原模型减少了1.5×106,浮点运算量减少了3×108,相较于其他模型,本文模型识别平均准确率平均提升8.63个百分点。本文研究成果可为奶牛疾病监测及预防提供技术支持。     

基于深度特征的稻田苗期杂草识别方法研究

稻田杂草主要在水稻秧苗封行前与其竞争水肥光等资源,也为病虫害提供滋生条件.由于目前主要防控方式为除草剂无选择性地喷施,造成大量的农药浪费和环境污染.由于除草剂针对杂草的靶向喷施可大量减少农药使用量,笔者提出了一种基于深度卷积特征的稻田苗期杂草识别方法,采用支持向量机(Support Vector Machine,SVM...     

基于运动特征提取和2D卷积的鱼类摄食行为识别研究

为了促进渔业装备智能化,近年来基于视频流的鱼类摄食行为识别研究受到了广泛关注。针对基于视频流的传统识别方法模型过于复杂,难以在边缘计算设备部署的问题,提出了一种轻量级的2D卷积运动特征提取网络Motion-EfficientNetV2,该网络以视频流为输入,能够有效识别鱼类摄食行为。提出的模型以EfficientNetV2为主干网络,基于TEA和ECANet构建了运动特征提取模块Motion,并将该模块嵌入到EfficientNetV2的每个Fused-MBConv模块中,使改进后的EfficientNetV2具有运动特征提取能力。同时使用ECANet对EfficientNetV2网络中的MBConv进行改进,增强其通道特征提取能力。在此基础上利用空洞卷积扩大感受野,提高大范围特征提取能力。试验结果表明,Motion-EfficientNetV2的参数量和浮点运算量分别为9.3×106和1.31×1010,优于EfficientNetV2。在TSN-ResNet50、TSN-EfficientNetV2、C3D以及R3D模型上进行对比试验,本文模型在降低参数量和浮点运算量的同时,使识别准确率提高到93.97%。该研究对于渔业装备智能化升级和科学养殖具有推动作用。     

基于FTVGG16卷积神经网络的鱼类识别方法

针对大多数应用场景中,大多数鱼类呈不规则条状,鱼类目标小,受他物遮挡和光线干扰,且一些基于颜色、形状、纹理特征的传统鱼类识别方法在提取图像特征方面存在计算复杂、特征提取具有盲目和不确定性,最终导致识别准确率低、分类效果差等问题,本文在分析已有的VGG16卷积神经网络良好的图像特征提取器的基础上,使用Image Net大规模数据集上预训练的VGG16权重作为新模型的初始化权重,通过增加批规范层(Batch normalization,BN)、池化层、Dropout层、全连接层(Fully connected,FC)、softmax层,采用带有约束的正则权重项作为模型的损失函数,并使用Adam优化算法对模型的参数进行更新,汲取深度学习中迁移学习理论,构建了FTVGG16卷积神经网络(Fine-tuning VGG16 convolutional neural network,FTVGG16)。测试结果表明:FTVGG16模型在很大程度上能够克服训练的过拟合,收敛速度明显加快,训练时间明显减少,针对鱼类目标很小、背景干扰很强的图像,FTVGG16模型平均准确率为97. 66%,对部分鱼的平均识别准确率达到了99. 43%。     

基于G-RepVGG和鱼类运动行为的水质监测方法

水质恶化会直接造成水产养殖产量下降,严重时会导致水产动物大量死亡,给养殖企业造成严重经济损失。因此对水产养殖中水质参数进行实时监测具有重要意义。本文以斑石鲷为研究对象,提出了一种基于鱼类行为的水质监测方法。该方法通过摄像机拍摄到的图像数据就可以非侵入地完成水质参数的实时监测,避免了安装复杂设备、对鱼类行为进行量化等繁琐过程。为了增加推理速度和降低模型参数量,通过将RepVGG block与GhostNet相结合构建了G-RepVGG模型,使该模型更适用于移动设备的部署。提出了计算量较少、推理速度快、更适合水质快速监测的Cheap Ghost操作和计算量大、精确率高、更适合水质的精确监测Expensive Ghoost操作。由于多分支网络适合进行训练但是在推理速度上低于单分支网络,因此通过模型重参数化首先将卷积层以及批归一化（Batch normalization, BN）层合并,随后再将3路卷积合并为1路,大大降低模型参数量、提高了模型推理速度,使模型更加适用于移动设备的推理。结果表明：使用Cheap Ghost操作的G-RepVGG在测试集中准确率达到96.21%,图像处理速度达到442.27f/s,使用Expensive Ghost操作的G-RepVGG模型在测试集中准确率达到97.63%,图像处理速度达到349.42f/s,从而在保证较高精度的前提下依旧具有较高的推理速度,在多个数据集中测试具有较好的鲁棒性。     

基于自适应卷积神经网络的染病虾识别方法

针对南美白对虾样本来源多样导致的泛化效果较差的问题,引入香农信息论构造不同来源样本的特征差异模型,以深度卷积神经网络(DCNN)为识别框架基础,依据多源样本组成的数据集在分类前后呈现的熵减规则计算DCNN中的网络超参数,消解数据集从随机输入到规则输出的信息熵,打破数据类型从三维输入到一维输出的熵变动,实现图像数据由高维空间向低维空间的映射,获取DCNN中关于超参数和网络深度的自适应优化策略,以提高识别不同来源染病虾的泛化效果。实验结果表明,所提方法在单个数据集上的识别精度最高可达97.96%,并在其他4个图像数据集上进行了测试泛化,泛化精度下降幅度小于5个百分点。     

基于改进MobileNetV3的水稻病害识别模型

针对水稻病害识别方法准确度低、模型收敛速度缓慢的问题,本文提出了一种高性能的轻量级水稻病害识别模型,简称为CA（Coordinate attention）-MobileNetV3。通过微调的迁移学习策略完善了模型的训练,提升了模型收敛速度。首先创建10个种类的数据集,其中包含9种水稻病害和1种水稻健康叶片。其次使用CA模块,在通道注意力中嵌入空间坐标信息,提高模型的特征提取能力与泛化能力。最后,将改进后的MobileNetV3网络作为特征提取网络,并加入SVM多分类器,提高模型精度。实验结果表明,在本文构建的水稻病害数据集上,初始的MobileNetV3识别准确率仅为95.78%,F1值为95.36%;加入CA模块后识别准确率和F1值分别提高至96.73%和96.56%;再加入SVM多分类器,通过迁移学习后,改进模型的识别准确率和F1值分别达到97.12%和97.04%,参数量和耗时仅为2.99×106和0.91s,明显优于其他模型。本文提出的CA-MobileNetV3水稻病害识别模型能够有效识别水稻叶部病害,实现了轻量级、高性能、易部署的水稻病害分类识别算法。     

基于被动水声信号的淡水鱼种类识别

针对淡水鱼种类自动识别问题,采用被动水声信号作为数据源,运用维纳滤波和采样降噪法对水声信号进行预处理,通过4层小波包分解算法提取频段能量,结合信号的短时平均能量和短时平均过零率构建特征向量,使用概率神经网络分类器实现了淡水鱼种类的快速识别,研究了不同平滑因子取值对识别效果的影响。结果表明,当平滑因子为9~19时识别效果最佳,其中草鱼、鳊鱼、鲫鱼的识别正确率均为100%,无鱼状态的识别正确率为77.3%,总正确率为94.3%。     

基于卷积神经网络的白背飞虱识别方法

为了实现白背飞虱虫情信息的自动收集和监测,提出一种基于卷积神经网络的白背飞虱识别方法并进行应用研究。首先,用改进的野外环境昆虫图像自动采集装置,采集田间自然状态下的白背飞虱图像,对所获取的图像进行归一化处理。然后,随机选取1/2图像样本作为训练集、1/4作为测试集。利用5×5卷积核对训练样本进行卷积操作,将所获取的特征图以2×2邻域进行池化操作。再次经过卷积操作和3×3邻域池化操作后,通过自动学习获取网络模型参数和确定网络模型参数,得到白背飞虱的最佳网络识别模型。试验结果显示,利用训练后的网络识别模型,对训练集白背飞虱的识别正确率可达96.17%,对测试集白背飞虱的识别正确率为94.14%。