基于轻量级MIE＿Net的田间农作物病害识别

为实现农作物病害的快速精准识别,降低病害对农业安全生产的影响,本研究针对现有病害识别模型参数量大、鲁棒性低、泛化性弱等问题提出了轻量级MIE＿Net农作物病害识别网络。该网络以MobileNetV2为基础网络结构,首先使用多尺度特征提取模块替换原网络的初始卷积层,提高网络对不同面积病斑的特征提取能力,增加网络中的特征复杂度;其次在主模块中添加ECA注意力机制,提高网络对叶片病害区域的关注程度,降低复杂背景对小病斑特征提取过程的影响;最后使用Swish激活函数增加网络的表达能力,使网络性能达到最优。结果表明,多尺度特征提取模块提高了模型对不同病斑大小的识别准确率,ECA注意力模块提高了网络对小病斑的识别准确率,最终网络模型对复杂环境中2种作物11种病害类别的最低识别精确率达到91.2%,总体病害识别准确率达到95.79%,比原网络提高1.84百分点,参数量为2.24 M,权重文件大小为8.78 MB。MIE＿Net网络在保证模型轻量化的同时提高了模型的准确性、泛化性以及鲁棒性,整体性能优于其他现有网络模型,为以后的轻量级作物病害识别方法提供了参考。     

融合迁移学习和知识蒸馏的轻量级马铃薯叶片病害识别模型的构建方法

轻量级深度学习模型常被部署于移动端或物联网端,以实现算力资源受限条件下马铃薯病害的识别。但轻量级模型网络层数较少,模型特征提取能力有限,无法实现相似表型特征的精确提取。为解决上述问题,提出一种轻量级残差网络模型的构建方法,该方法融合迁移学习和知识蒸馏策略训练模型,在教师模型上使用迁移学习策略缩短教师模型的训练时间,并将ResNet18模型进行模型剪枝,使用降采样的方法提高模型识别准确率,最终在保证轻量化的前提下,实现对马铃薯叶片病害类别的精准识别。在马铃薯叶片数据集上进行试验,结果表明,本研究方法构建的轻量级模型的识别准确率相较于Resnet18提高1.55百分点,模型大小缩小49.18%;相较于目前农作物病害识别领域,常用的轻量级模型MobileNetV3在模型大小相近的情况下,识别准确率提高2.91百分点。该模型能够满足大部分实际应用下的场景,可为部署在物联网和移动端设备上的模型提供参考。     

基于轻量级SE-PPM的自然状态烟叶正副组分类算法

【目的】针对自然状态烟叶传统正副组分类速度慢、正副组易错分、特征提取困难的问题,提出了一种基于轻量级SE PPM的自然状态烟叶正副组分类算法（SAPMDSNet）。【方法】基于轻量级ShuffleNetV2网络,先通过降低网络卷积深度和进化激活函数,加快网络模型的训练速度;再引入通道注意力机制SE模块,增强通道间的特征差异,提高网络模型的表征能力,避免正副组烟叶叶部区域化导致的组别错分;最后通过嵌入金字塔池化模块PPM充分融合烟叶显露特征与全局信息,增强对正副组烟叶上下文信息的聚合,并采用自行构建的烟叶数据集进行对比试验。【结果】SAPMDSNet网络模型的分类准确率为91.09%,计算量（FLOPs）为151.70 M,取得了相对较高的分类效果。与原网络ShuffleNetV2模型和轻量级GhostNet模型相比,SAPMDSNet网络模型的FLOPs分别升高2.65%和2.84%,而识别准确率则分别提高2.72和21.13个百分点;MobileNetV2、DenseNet和SqueezeNet模型的识别准确率分别为87.02%,89.53%和87.60%,虽均与SAPMDSNet模型的识别准确率接近,但其FLOPs明显较SAPMDSNet模型大。【结论】构建的SAPMDSNet模型能提高烟叶正副组分类精度且具有较好的整体性能,为烤烟烟叶品质初筛提供了新的思路和方法。     

基于改进轻量化YOLO v5n的番茄叶片病害识别方法

针对现有番茄叶片病害识别存在背景复杂、识别准确率低、模型参数量大、计算量大以及难以部署至移动设备或嵌入式设备等问题,提出一种改进的轻量化YOLO v5n的番茄叶片病害识别方法。首先收集细菌性斑疹病、早疫病、晚疫病、叶霉病、斑枯病、褐斑病等6种常见番茄叶片病害图像以及番茄健康叶片图像,对图像进行镜像翻转、高斯模糊等数据增强方式增加样本多样性,提升模型识别和泛化能力。接着在YOLO v5n网络基础上,选择采用轻量化的C3Ghost模块替换C3模块以压缩卷积过程中的计算量、模型权重和大小,同时在颈部网络中融合轻量级卷积技术GSConv和VOV-GSCSP模块,在增强特征提取能力的同时降低模型参数量。最后引入PAGCP算法对改进后的模型进行全局通道剪枝压缩参数量并减少训练开销。试验结果表明,改进后的YOLO v5n平均精度均值达到99.0%,参数量减少66.67%,计算量降低了2.6 G,模型权重压缩了2.23 MB。本研究提出的番茄叶片病害识别方法在降低了模型大小、参数量、计算量的同时仍保持较高的识别精度,为移动设备上实现番茄叶片病害识别提供技术参考。     

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...     

基于注意力机制和残差网络的苹果叶片病害分类

苹果叶片病害的高效准确识别有助于合理使用杀虫剂、肥料等农业资源，进而保证苹果的产量与质量。为提高苹果叶片病害识别的准确率，提出一种残差网络与注意力机制结合的苹果叶片病害识别模型：P-D-ECA-ResNet101。首先构建苹果叶片病害数据集，然后使用常见的4种网络模型在构建的数据集上进行训练，选取训练效果最好的ResNet101为骨干网络模型，通过推迟下采样(delayed downsampling)、拆解大卷积层以及引入高效通道(efficient channel attention module, ECA)注意力模块对ResNet101网络模型进行优化，最后通过特征图可视化展示改进后网络模型的识别机制。试验结果表明，推迟下采样可以增强模型特征提取能力，拆解大卷积层可以有效减少模型的复杂度，引入ECA注意力模块可以削弱无效特征信息对模型的干扰。改进后的P-D-ECA-ResNet101模型在构建的苹果叶片病害测试集上的平均识别准确率达到96.20%,相较于原模型ResNet101提升了2.20百分点。特征图可视化分析表明改进后的P-D-ECA-ResNet101模型可以更好地聚焦于病...     

一种轻量级CNN农作物病害图像识别模型

针对传统CNN(Convolutional neural network)模型存在训练参数量大而无法应用于硬件条件受限的场合这一问题,本研究提出一种轻量级CNN农作物病害识别模型,能够在保证模型识别准确率情况下简化模型结构,扩大模型的适用场景.设计1个深度卷积模块作为基本卷积单元,2个深度卷积模块和1个批归一化层组成1个残差块作为残差单元,以残差单元作为基本元素设计一个轻量级CNN农作物病害识别模型.对辣椒、番茄和马铃薯的病害图像进行分类识别,最终模型在训练集上的总识别准确率为99.33％,测试集上的总识别准确率为98.32％.相对VGG16等传统模型,在进行农作物病害识别时本模型有更高的识别准确率、更快的识别速度和更小的内存占用.     

基于Inception-CSA深度学习模型的鸟鸣分类

为进一步提高通过声音识别鸟类的精确度，本研究提出基于Inception-CSA深度学习模型的鸟鸣声分类方法，包含鸟鸣声音频样本预处理、特征提取、分类器分类等步骤。首先将鸟鸣声样本预处理成尺寸相同的梅尔频谱图，作为鸟鸣声特征图；其次利用Inception-CSA模型对鸟鸣声特征图进行特征提取，其中Inception模块提取鸟鸣声特征图中的多尺度局部时频域特征，CSA模块获取鸟鸣声特征图的全局注意力权重，将二者的输出结合得到更强的特征图，再次利用最大池化层对特征图进行下采样；最后利用全连接层进行分类，得到最终的分类结果。以采集的华南地区自然环境中的10种野生鸟类的鸣叫声构建数据集，用于实验部分以验证方法的有效性。结果表明，本研究提出的方法在自建数据集上准确率达到了93.11%，相比于基于其他经典模型的分类方法，基于Inception-CSA模型的分类方法在拥有较少模型参数量的同时达到了更高的准确率。     

基于注意力残差机制的细粒度番茄病害识别

【目的】解决温室环境下细粒度番茄病害识别方法不足问题。【方法】以早、晚期5种番茄病害叶片为研究对象,提出一种基于注意力与残差思想相结合的新型卷积神经网络模型ARNet。通过引入多层注意力模块,层次化抽取病害分类信息,解决早期病害部位分散、特征难以提取难题;为避免网络训练出现退化现象,构建残差模块有效融合高低阶特征,同时引入数据扩充技术以防止模型过拟合。【结果】对44 295张早、晚期病害叶片数据集进行模型训练与测试的结果表明,与VGG16等现有模型相比,ARNet具有更好的分类表现,其平均识别准确率达到88.2%,显著高于其他模型。ARNet对早期病害识别准确率明显优于晚期病害,验证了注意力机制在提取细微区域特征上的有效性,且在训练过程中未发生过度抖动的状况。【结论】本文提出的模型具有较强鲁棒性和较高稳定性,在实际应用中可为细粒度番茄病害智能诊断提供参考。     

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。     

一种优化的Swin Transformer番茄叶片病害识别方法

为了及时准确的识别番茄叶片病害,提高番茄产量,提出了一种优化的Swin Transformer番茄病害识别方法,该模型利用Transformer的自注意力结构获得更加完备的番茄病害图像的高层视觉语义信息;结合Mixup混合增强算法,在预处理阶段对图像特征信息进行增强;并采用迁移学习在增强番茄叶片病害数据集上进行训练和优化Swin Transformer模型,以此实现精准的番茄叶片病害识别。结果表明：1)优化的Swin Transformer模型对番茄叶片病害识别准确率达到98.40%;2)在相同训练参数下,本研究模型比原Swin Transformer、VGG16、AlexNet、GoogLeNet、ResNet50、MobileNetV2、ViT和MobileViT模型准确率提高了0.70%～1.91%,且能快速收敛;3)本研究模型中加入的Mixup混合增强算法极大地提高了番茄叶片病害的识别准确率,比现有的常见方法性能更加优越,并且鲁棒性强。因此,本研究提出的新模型能够更加准确的识别番茄叶片病害。     

基于改进ShuffleNet V2的柑橘病害识别研究

大型卷积神经网络因模型复杂难以部署于实际应用,而轻量级网络因优化模型结构而导致精度往往不如前者理想。针对上述问题,对ShuffleNet V2进行改进,提出一种轻量化MAM-ShuffleNet柑橘病害识别模型。首先,在ShuffleNet V2中引入混合注意力模块（Mixed attention module,MAM）,提升模型对病害特征提取能力。其次,利用Ghost模块优化网络中卷积层,有效降低网络模型参数量和计算成本。最后,调整网络结构中ShuffleNet V2单元堆叠次数,进一步简化网络参数。结果表明,在自建柑橘叶片数据集中,MAM-ShuffleNet模型平均识别准确率达到97.7%;与原始ShuffleNet V2相比,其参数量降低了45.7%,识别准确率提升了1.2百分点;综合性能明显优于ResNet50、DenseNet121等模型。     

基于Bi-LSTM与多尺度神经网络模型的番茄病害识别

番茄叶片病害的精准识别对农业领域未来的发展至关重要，农业研究人员逐渐使用深度学习的方法进行植物病害的精准检测。然而对比以往的神经网络可以发现，它们普遍缺少上下文信息的连续性以及全文信息的完整性。对此本研究提出了一种Bi-LSTM和多尺度卷积神经网络相结合的模型，采用双向长短期记忆网络，可以更好地捕捉双向信息的反馈，使上下文的信息更具有连续性，而所提出的多尺度卷积神经网络既保证了全局信息的完整性，同时减少了细节信息的丢失，为了提高模型对病害特征的识别能力引入注意力模块，从而使模型重点关注疾病的特征部分。从公开的PlantVillage数据集中选取番茄的9类疾病和健康的叶片作为研究对象，试验结果在验证集上得到最高分类准确率为98.16%,与其他几个经典的CNN模型相比较，该模型的识别准确率优于其他的基础模型，并且具有较好的稳定性。经过试验验证，该模型可以为番茄病害识别提供一种有效的解决方法。     

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。     

基于多尺度特征度量元学习的玉米叶片病害识别模型研究

传统基于深度学习的玉米叶片病害检测模型检测精度不高、模型参数量大，基于此，提出一种融合多尺度、无参数度量学习的玉米叶片病害识别算法模型。首先，利用Vgg-16、Swin Transformer网络，将玉米叶片病害图片映射到全局和局部特征空间；然后，利用多尺度特征融合网络，实现全局和局部特征的深度融合，强化特征的分类能力；最后，利用无参数元学习网络，实现待测玉米叶片病害图片与特征集之间的度量，根据度量结果，实现玉米叶片病害的快速定位与识别。在开源Plant Village数据集、自建玉米叶片病害数据集上进行了测试，所提出模型的识别准确率分别为97.45%、96.39%,同时保持了较低的识别时间开销；相比其他经典玉米叶片病害识别模型，具有更强的鲁棒性和泛化性能。     

基于特征融合Transformer的EfficientNet v2网络对马铃薯叶片病害的识别

马铃薯叶片病害是影响马铃薯质量和产量的主要因素,为了能够快速准确地识别马铃薯叶片病害并采取对应的防控和救治措施,本研究提出一种新型马铃薯叶片病害识别方法。该方法利用EfficientNet v2网络提取图像特征,通过4个不同尺度的网络层进行金字塔融合,从而捕捉不同尺度下的图像细节和上下文信息,并在金字塔融合中的每个下采样环节都添加1个CBAM注意力机制模块,且每个CBAM模块后都加入Vision Transformer的Encoder模块进行特征增强,帮助提升所提取特征的丰富性和抽象能力,最后使用softmax进行分类。研究提出的模型识别准确率达到98.26%,相比改进之前提升3.47百分点,且其loss收敛更快,宏平均值与加权平均值都有明显提升。消融试验表明,该模型在各项指标上的表现最优,超过基线模型和融合模型,大幅提高图像分类识别任务模型的性能表现。该方法可有效提高病害区域的识别能力和检测准确率,且能在强干扰的环境下做到高精度识别,具有良好的鲁棒性和适应性,同时能解决病害识别中泛化能力弱、精度低、计算效率低等问题。     

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。     

基于改进YOLOv5s的番茄叶片病害检测方法

为了解决现有的农作物病害检测方法对不同番茄叶片病害检测的精度低、效果差的问题,提出一种基于YOLOv5网络模型改进的番茄叶片病害检测模型YOLOv5s-TLD。首先在原YOLOv5s模型的Backbone中构建DCAM注意力机制模块,通过制定双通道注意力和空间注意力机制加强模型对番茄叶片病理特征的提取能力,并减弱模型受复杂背景特征的影响,以提高模型对不同种类病害的检测精度和分类精度;然后应用融合Swin Transformer的C3STR模块替换原网络第6层的C3模块,强化模型在多尺度上建模的能力,实现模型对小尺寸的番茄叶片病害残差特征的高精度学习;再运用BiFPN加权双向特征金字塔网络替换原YOLOv5模型Head的PANet路径聚合网络,该网络采用跨尺度特征融合和可学习权重的方式融合模型不同层次的特征,在增强网络的特征融合能力的同时使网络获得更多的特征信息,以提高模型的感受野和特征表达能力;最后进行不同模型的检测对比试验,并在实际复杂场景下进行番茄叶片病害检测试验。试验结果表明：YOLOv5s-TLD模型平均精度均值和召回率分别为97.7%和96.3%,较原YOLOv5s模型平均精...     

基于轻量化神经网络的葡萄叶部病害检测装置研制

葡萄叶部病害判别对于葡萄病害防治至关重要，如何快速准确判别葡萄叶部病害并采取相应防治措施对于现代葡萄生产管理具有重要指导意义。因此，为了满足果园葡萄叶部病害的快速识别与检测需求，研制了一款葡萄叶部病害快速识别与检测装置。首先，对原SqueezeNet进行改进，利用3×3卷积替换7×7卷积并减少其数量，同时调整Fire模块中1×1与3×3卷积核比例以及Fire模块位置，以达到降低模型内存需求、参数量的目的。然后，利用采集的葡萄病害图像训练改进模型，并与原模型进行对比分析。最后，将改进模型量化后部署在树莓派4B上进行识别与检测试验。试验结果表明，改进后的SqueezeNet模型内存需求、参数量分别由2.46 MB、125万减少为0.52 MB、64万。与原模型相比，改进模型特征提取能力未出现明显下降，其识别准确率可达99.04%,仅比原模型低0.32百分点。对于真实环境下拍摄的葡萄叶片图像，所研制的葡萄叶部病害快速检测装置识别准确率可达95.75%,视频检测速度可达86帧/s。该装置能够满足果园葡萄病害快速识别与检测需求，可为现代果园葡萄病虫害检测与精准施药作业提供技术支持。     

基于小样本学习的马铃薯叶片病害检测

马铃薯叶片的病害将直接导致马铃薯产量和质量的下降,为实现马铃薯叶片病害的精确检测并及时预防病变,提出了一种基于小样本学习的马铃薯叶片病害检测算法。首先,利用一组共享权重的特征提取器将输入图片映射到深度特征空间;然后,提出一种任务感知注意力模块用于融合小样本学习网络中的双分支输入特征,强化目标任务的特定表达能力;最后,引入一种动态卷积模块提高卷积核的建模能力,并将卷积块注意力机制(CBAM)嵌入到该卷积网络中,构造特征强化学习模块,细粒度地捕获病害区域的细节特征。通过在开源马铃薯叶片病害检测数据集上进行测试,所提出模型分别实现了93.92%的准确率、93.81%的精准率、93.85%的召回率和93.63%的F₁值;此外,在自建数据集上与当前经典马铃薯叶片病害检测模型相比,同样具有较好的竞争力。