基于改进YOLOv5s的轻量化金银花识别方法

为提高金银花采摘机器人的工作效率和采摘精度,实现将模型方便快速部署到移动端,该研究提出一种基于改进YOLOv5s的轻量化金银花识别方法。用EfficientNet的主干网络替换YOLOv5s的Backbone层,并在改进之后的Backbone层加入原YOLOv5s的SPPF特征融合模块,减少了模型的参数量和计算量,同时降低模型权重的大小,便于之后移动端的部署;其次,为提高模型对于金银花的识别效果,该研究在Neck层中用CARAFE上采样模块替换原始模型中的上采样模块,在略微提高参数量的前提下提高了模型识别金银花的精确度和平均精度,提高了采摘效率。试验结果显示,改进后的轻量化模型参数量仅为3.89 × 10⁶ M,为原始YOLOv5s模型的55.5%;计算量仅为7.8 GFLOPs,为原始模型的49.4%;权重仅为7.8 MB,为原始模型的57.4%,并且精确度和平均精度达到了90.7%和91.8%,相比原始YOLOv5s模型分别提高1.9和0.6个百分点。改进后的轻量化模型与当前主流的Faster-RCNN、SSD、YOLO系列目标检测模型相比,不但提高了检测精度,还大幅减少了模型的参数量、计算量和权重大小,研究结果为后续金银花采摘机器人的识别和移动端的部署提供了参考和依据。     

基于改进YOLOv5s的苹果叶片小目标病害轻量化检测方法

为解决自然环境中苹果叶片病害检测场景复杂、小目标病害检测难度高以及模型参数大无法在移动端和嵌入式设备部署等问题,提出一种基于YOLOv5s的苹果叶片小目标病害轻量化检测方法。该方法将YOLOv5s的骨干网络更改为ShuffleNet v2轻量化网络,引入CBAM（convolutional block attention module）注意力模块使模型关注苹果叶片小目标病害,添加改进RFB-s（receptive field block-s）支路获取多尺度特征,提高苹果叶片病害检测精度,并更改边界框回归损失函数为SIoU（scylla-intersection over union）,增强病斑定位能力。试验表明改进后的YOLOv5s模型在IoU大于0.5时的平均精度均值（mean average precision,mAP_0.5）和每秒传输帧数（frame per second,FPS）分别达到90.6%和175帧/s,对小目标的平均检测准确率为38.2%,与基准模型YOLOv5s相比,其mAP_0.5提升了0.8个百分点,参数量减少了6.17 MB,计算量减少了13.8 G,对小目标的检测准确率提高了3个百分点。改进后的YOLOv5s目标检测模型与Faster R-CNN、SSD、YOLOv5m、YOLOv7、YOLOv8和YOLOv5s目标检测模型相比,具有最小的参数量和计算量,对小目标病害叶斑病和锈病的检测准确率分别提高了1.4、4.1、0.5、5.7、3.5、3.9和1.5、4.3、1.2、2.1、4、2.6个百分点,该方法为真实自然环境下苹果叶片病害尤其是小目标病害的轻量化检测提供参考依据。     

基于改进YOLOv5s的轻量化蟹塘障碍物检测与定位方法

蟹塘中不定期放置不同类型、不同大小的养殖装置影响无人作业船的自动巡航作业,为了提高无人作业船的工作效率和安全性,该研究提出一种改进YOLOv5s的轻量化蟹塘障碍物检测模型,并结合深度相机对蟹塘障碍物进行定位。改进模型从平衡检测速度和检测精度的角度出发,首先将ShuffleNetV2轻量化网络作为主干特征提取网络,大幅缩减模型体积;其次在不增加计算量的同时引入SENet注意力机制,加强对蟹塘障碍物目标的特征感知;接着将SPPF模块改进为SPPFCSPC模块,增强不同尺度下蟹塘障碍物的检测效果;最后采用SIoU损失函数加速模型收敛,提高检测的准确性。改进模型结合RealSense D435i深度相机获取的彩色图像对障碍物进行检测,并得到障碍物中心点在蟹塘坐标系下的三维坐标和障碍物的投影宽度。试验结果表明,改进模型对竹竿、蟹笼、增氧机3类障碍物具有良好的区分度和识别效果,与原始YOLOv5s模型相比,改进模型的参数量和计算量分别减小了62.8%和80.0%,模型大小仅为5.5 MB,单张图像的检测速度达15.2 ms,检测速度提升了44.5%,平均精度均值（mean average prec...     

改进YOLOv5s和迁移学习对番茄穴盘苗的分级检测

为了提高番茄穴盘苗分级检测精度,该研究提出了改进YOLOv5s目标检测模型,并通过迁移学习对番茄穴盘病苗识别精度进行优化。采用轻量级网络EfficientNetv2的Backbone部分作为特征提取网络,保留YOLOv5s中的SPPF空间金字塔池化模块,压缩模型参数数量以减少计算量;更改模型Neck部分原始上采样模块为CARAFE轻量级上采样模块,在引入很少参数量的情况下提高模型精度;同时将PANet替换为BiFPN,引入特征权重信息,增强不同尺度特征融合能力;引入有效多尺度注意力机制(efficient multi-scale attention,EMA),提高对番茄苗的关注,减少背景干扰;替换CIoU损失函数为SIoU损失函数,考虑真实框与预测框之间的方向匹配,提高模型收敛效果。试验结果表明,改进的YOLOv5s目标检测模型经过迁移学习训练后,平均精度均值达到95.6%,较迁移学习前提高了0.7个百分点;与原YOLOv5s模型相比,改进YOLOv5s模型平均精度均值提升2.6个百分点;改进YOLOv5s模型的参数量、计算量和权重大小分别为原YOLOv5s模型的53.1%、20.0%...     

基于改进YOLOv5s的自然场景下生姜叶片病虫害识别

为提高自然环境下生姜叶片病虫害的识别精确率,提出一种基于改进YOLOv5s的生姜叶片病虫害识别模型。建立了田间不同自然环境条件下的生姜叶片病虫害数据集,为保证模型在田间移动设备上流畅运行,实现网络模型的轻量化,在YOLOv5s中引入GhostNet网络中的Ghost模块和Ghost BottleNeck结构。同时,为避免生姜叶片病虫害图像小目标特征丢失的情况,增强图像特征提取,加入CA注意力机制模块,提升生姜叶片病虫害的识别准确率和定位精确度。改进后的模型参数量、计算量和权重文件大小分别为YOLOv5s模型的52.0%、50.6%和55.2%,对生姜叶片病虫害识别平均精度均值达到了83.8%。与Faster-RCNN、SSD、YOLOv4、YOLOv5s、Tea-YOLOv5s等算法相比,平均精度均值分别提高37.6、39.1、22.5、1.5、0.7个百分点,将改进后的目标检测模型部署在Jetson Orin NX开发板上,并使用TensorRT、Int8量化和CUDA等方法对检测模型加速,加速后的模型检测速度为74.3帧/s,满足实时检测的要求,测试结果显示,改进后的模型减少了漏检、误检的情况,并且对目标定位更加精准,适用于自然环境下生姜叶片病虫害的精准识别,为后续生姜机械自动化施药作业提供技术理论支持。     

基于改进YOLOv8模型的轻量化板栗果实识别方法

为实现自然环境下的板栗果实目标快速识别，该研究以湖北省种植板栗为研究对象，提出了一种基于改进YOLOv8模型的栗果识别方法YOLOv8-PBi。首先，将部分卷积（partial convolution，PConv）引入C2f模块中，缩减卷积过程中的浮点数和计算量；其次，引入加权双向特征金字塔网络（bidirectional feature pyramid network，BiFPN），增强多尺度特征融合性能，最后，更改边界框损失函数为动态非单调聚焦机制WIoU（wise intersection over union，WIoU），提高模型收敛速度，进一步提升模型检测性能。试验结果表明，改进YOLOv8-PBi模型准确率、召回率和平均精度分别为89.4%、74.9%、84.2%；相比原始基础网络YOLOv8s，模型权重减小46.22%，准确率、召回率和平均精度分别提升1.3、1.5、1.8个百分点。部署模型至边缘嵌入式设备上，经过TensorRT加速后，检测帧率达到43 帧/s。该方法可为板栗智能化收获过程中的栗果识别提供技术基础。     

面向复杂田间收获作业的轻量化三七目标检测方法

针对目前三七检测算法在复杂田间收获工况下检测精度低、模型复杂度大、移动端部署难等问题,该研究提出一种基于YOLOv5s的轻量化三七目标检测方法。首先,采用GSConv卷积方法替换原始颈部网络的传统卷积,引入Slim-neck轻量级颈部网络,降低了模型复杂度,同时提升了模型精度;其次,使用ShuffleNetv2轻量型特征提取网络对主干网络进行轻量化改进,提升了模型实时检测性能,并采用角度惩罚度量的损失（SIoU）优化边界框损失函数,提升了轻量化后的模型精度和泛化能力。试验结果表明,改进后的PN-YOLOv5s模型参数量、计算量、模型大小分别为原YOLOv5s模型的46.65%、34.18%和48.75%,检测速度提升了1.2倍,F₁值较原始模型提升了0.22个百分点,平均精度均值达到了94.20%,较原始模型低0.6个百分点,与SSD、Faster R-CNN、YOLOv4-tiny、YOLOv7-tiny和YOLOv8s模型相比能够更好地平衡检测精度与速度,检测效果更好。台架试验测试结果表明,4种输送分离作业工况下三七目标检测的准确率达90%以上,F₁值达86%以上,平均精度均值达87%以上,最低检测速度为105帧/s,实际收获工况下模型的检测性能良好,可为后续三七收获作业质量实时监测与精准分级输送提供技术支撑。     

基于改进YOLOv5的茶叶杂质检测算法

针对现有目标检测算法检测茶叶杂质精度低、速度慢的问题,该研究提出了一种基于改进YOLOv5的茶叶杂质检测算法。采用K-Means聚类算法对杂质真实框聚类,以获取适合茶叶杂质特征的锚框尺寸;通过在主干特征提取网络CSPDarkNet中引入前馈卷积注意力机制（Convolutional Block Attention Module,CBAM）,将茶叶杂质输入特征图依次经过通道注意力模块和空间注意力模块,获得特征图通道维度和空间维度的关键特征;在颈部网络中添加空间金字塔池化（Spatial Pyramid Pooling,SPP）模块,融合并提取不同感受野的关键特征信息;将普通卷积替换成深度可分离卷积,增大小目标预测特征图的置信度损失权重,构建了轻量化的改进YOLOv5网络结构模型;分别制作了铁观音茶叶中混合有稻谷、瓜子壳、竹片和茶梗4种杂质的数据集并进行茶叶杂质检测试验。结果表明,改进的YOLOv5比常规YOLOv5在茶叶杂质检测中具有更高的置信度分数,且定位更为准确,未出现漏检现象。改进YOLOv5的多类别平均精度（Mean Average Precision,mAP）和每秒传输帧数（Frame Per Second,FPS）达到96.05%和62帧/s,均优于主流的目标检测算法,验证了改进算法的高效性和鲁棒性。该研究成果可为提升茶叶制作过程中小目标杂质检测精度与检测速度奠定基础。     

基于改进YOLOv4的轻量化菠萝苗心检测算法

当前菠萝催花作业以人工喷洒为主，生产效率低、劳动强度大。菠萝苗心位置的精准识别和定位是实现机械化、智能化菠萝催花的核心问题。该研究在YOLOv4目标识别算法的基础上，选择GhostNet作为主干特征提取网络，构建了一种混合网络模型，并在颈部网络中融合深度可分离卷积与轻量级的注意力模块。改进后的模型相较于YOLOv4模型的总参数量减少70%。与YOLOv4、Faster R-CNN和CenterNet 3个模型进行检测对比试验，结果可得：改进模型在菠萝植株种植密集与稀疏的条件下识别精度分别为94.7%和95.5%，实时识别速度可达27帧/s，每张图像平均检测时间为72 ms，相比常规YOLOv4模型用时缩短23%。总体性能表现均优于对比组的目标检测模型。总的来说，改进模型YOLOv4-GHDW在一定程度上实现了检测速度、识别精度和模型体量三者之间平衡，能够在实际种植环境下对菠萝苗心有较好的识别效果。研究结果可为智能化菠萝精准催花设备研发提供视觉技术支持。     

水下底栖生物轻量化目标检测算法YOLOv7-RFPCW

针对水下底栖生物检测模型参数量过多,计算量过大,同时水下环境复杂容易造成错检和漏检,影响模型在水下底栖生物检测任务中的准确性的问题。提出了一种水下底栖生物轻量化检测算法YOLOv7-RFPCW。对YOLOv7网络重新设计轻量级网络结构,降低了特征提取网络的参数量和计算量,减少模型体积。设计了P-ELAN和P-ELAN-W模块,进一步轻量化特征提取网络;针对水下图像颜色失真,目标的空间位置不准确的问题,采用CBAM注意力模块加强特征融合,减少信息丢失,以更好地适应特殊的水下环境;针对水下目标容易出现形状变形的问题,使用WIOU-V3损失函数替换默认的CIOU损失函数,提高水下底栖生物检测的鲁棒性。试验结果显示,改进后的模型YOLOv7-RFPCW的参数量和计算量分别减少了75.9%和30.7%,模型体积减小了75.3%,精度提升了1.9个百分点。这一综合性的提升兼顾了轻量化和精度,为在水下环境中部署提供了可行的解决方案,验证了所提出的改进算法能胜任水下底栖生物检测任务。     

基于改进YOLOv7的疏果期苹果目标检测方法

疏果期苹果目标检测是实现疏果机械化、自动化需要解决的关键问题。为实现疏果期苹果目标准确检测,该研究以YOLOv7为基础网络,融合窗口多头自注意力机制（Swin Transformer Block）,设计了一种适用于近景色小目标检测的深度学习网络。首先在YOLOv7模型的小目标检测层中添加Swin Transformer Block,保留更多小尺度目标特征信息,将预测框与真实框方向之间的差异考虑到模型训练中,提高模型检测精度,将YOLOv7中的损失函数CIoU替换为SIoU。最后利用Grad-CAM方法产生目标检测热力图,进行有效特征可视化,理解模型关注区域。经测试,该文模型的检测均值平均精度为95.2%,检测准确率为92.7%,召回率为91.0%,模型所占内存为81 MB,与原始模型相比,均值平均精度、准确率、召回率分别提高了2.3、0.9、1.3个百分点。该文模型对疏果期苹果具有更好的检测效果和鲁棒性,可为苹果幼果生长监测、机械疏果等研究提供技术支持。     

基于优选YOLOv7模型的采摘机器人多姿态火龙果检测系统

为了检测复杂自然环境下多种生长姿态的火龙果,该研究基于优选YOLOv7模型提出一种多姿态火龙果检测方法,构建了能区分不同姿态火龙果的视觉系统。首先比较了不同模型的检测效果,并给出不同设备的建议模型。经测试,YOLOv7系列模型优于YOLOv4、YOLOv5和YOLOX的同量级模型。适用于移动设备的YOLOv7-tiny模型的检测准确率为83.6%,召回率为79.9%,平均精度均值（mean average precision,mAP）为88.3%,正视角和侧视角火龙果的分类准确率为80.4%,推理一张图像仅需1.8 ms,与YOLOv3-tiny、YOLOv4-tiny和YOLOX-tiny相比准确率分别提高了16.8、4.3和4.8个百分点,mAP分别提高了7.3、21和3.9个百分点,与EfficientDet、SSD、Faster-RCNN和CenterNet相比mAP分别提高了8.2、5.8、4.0和42.4个百分点。然后,该研究对不同光照条件下的火龙果进行检测,结果表明在强光、弱光、人工补光条件下均保持着较高的精度。最后将基于YOLOv7-tiny的火龙果检测模型部署到Jetson Xavier NX上并针对正视角火龙果进行了验证性采摘试验,结果表明检测系统的推理分类时间占完整采摘动作总时间的比例约为22.6%,正视角火龙果采摘成功率为90%,验证了基于优选YOLOv7的火龙果多姿态检测系统的性能。     

基于改进YOLOv8n的茶叶嫩稍检测方法

针对名优茶智能采摘中茶叶嫩梢识别精度不足的问题,该研究对YOLOv8n模型进行优化。首先,在主干网络中引入动态蛇形卷积（dynamic snake convolution,DSConv）,增强模型对茶叶嫩梢形状信息的捕捉能力;其次,将颈部的路径聚合网络（path aggregation network,PANet）替换为加权双向特征金字塔网络（bi-directional feature pyramid network,BiFPN）,强化模型的特征融合效能;最后,在颈部网络的每个C2F模块后增设了无参注意力模块（simple attention module,SimAM）,提升模型对茶叶嫩梢的识别关注度。试验结果表明,改进后的模型比原始模型的精确率（precision,P）、召回率（recall,R）、平均精确率均值（mean average precision,mAP）、F1得分（F1 score,F1）分别提升了4.2、2.9、3.7和3.3个百分点,推理速度为42 帧/s,模型大小为6.7 MB,满足低算力移动设备的部署条件。与Faster-RCNN、YOLOv5n、YOLOv7n和YOLOv8n目标检测算法相比,该研究提出的改进模型精确率分别高出57.4、4.4、4.7和4.2个百分点,召回率分别高出53.0、3.6、2.8和2.9个百分点,平均精确率均值分别高出58.9、5.0、4.6和3.7个百分点,F1得分分别高出了56.8、3.9、3.7和3.3个百分点,在茶叶嫩梢检测任务中展现出了更高的精确度和更低的漏检率,能够为名优茶的智能采摘提供算法参考。     

快速精准识别棚内草莓的改进YOLOv4-Tiny模型

为了实现棚内草莓果实的快速精准识别,该研究提出一种基于改进YOLOv4-Tiny的草莓检测模型。首先,为了大幅度减少模型计算量,采用轻量型网络GhostNet作为特征提取网络,并在GhostBottleneck结构中嵌入卷积注意力模块以加强网络的特征提取能力;其次,在颈部网络中添加空间金字塔池化模块和特征金字塔网络结构,融合多尺度特征提升小目标草莓的检测效果;最后,采用高效交并比损失作为边界框回归损失函数,加速网络收敛并提高模型的检测准确率。结果表明,改进YOLOv4-Tiny模型权重大小仅为4.68 MB,平均每幅图片的检测时间为5.63 ms,在测试集上的平均精度均值达到92.62%,相较于原YOLOv4-Tiny模型提升了5.77个百分点。与主流的目标检测模型SSD、CenterNet、YOLOv3、YOLOv4和YOLOv5s相比,改进YOLOv4-Tiny模型平均精度均值分别高出9.11、4.80、2.26、1.22、1.91个百分点,并且模型权重大小和检测速度方面均具有绝对优势,该研究可为后续果实智能化采摘提供技术支撑。     

基于改进YOLOv5s模型的茶叶嫩芽识别方法

现有的目标检测算法检测茶叶嫩芽的精度较低,为提高茶叶嫩芽的检测精度,该研究提出一种基于改进YOLOv5s网络模型的茶叶嫩芽检测算法。该算法将骨干特征提取网络中的空间金字塔池化结构（spatial pyramid pooling-fast,SPPF）替换为空洞空间卷积池化金字塔结构（atrous spatial pyramid pooling,ASPP）,增强模型对不同分辨率下目标的识别能力;针对茶叶嫩芽的小目标特征,在颈部网络中引入可加权重的双向特征金字塔网络（bidirectional feature pyramid network,BiFPN）,提高特征融合的效率,同时在颈部网络中的每个集中综合卷积模块（concentrated-comprehensive convolution block,C3）后添加卷积注意力模块（convolutional block attention module,CBAM）来提高模型关注小目标特征的能力。试验结果表明,改进后获得的Tea-YOLOv5s比原模型的准确率（precision,P）、召回率（recall,R）和平均精度值（mean average precision,mAP）分别高出4.4、0.5和4个百分点,且模型鲁棒性强,在多个场景下茶叶嫩芽的检测中具有更高的置信度分数。改进后的模型可为茶叶的产量估计和茶叶采摘机器人的嫩芽识别奠定基础。     

基于改进YOLOv5s的果园环境葡萄检测

为了快速精准地识别复杂果园环境下的葡萄目标，该研究基于YOLOv5s提出一种改进的葡萄检测模型（MRWYOLOv5s）。首先，为了减少模型参数量，采用轻量型网络MobileNetv3作为特征提取网络，并在MobileNetv3的bneck结构中嵌入坐标注意力模块（coordinate attention,CA）以加强网络的特征提取能力；其次，在颈部网络中引入RepVGG Block，融合多分支特征提升模型的检测精度，并利用RepVGG Block的结构重参数化进一步加快模型的推理速度；最后，采用基于动态非单调聚焦机制的损失（wise intersection over union loss,WIoU Loss）作为边界框回归损失函数，加速网络收敛并提高模型的检测准确率。结果表明，改进的MRW-YOLOv5s模型参数量仅为7.56 M，在测试集上的平均精度均值（mean average precision,mAP）达到97.74%，相较于原YOLOv5s模型提升了2.32个百分点，平均每幅图片的检测时间为10.03 ms，比原YOLOv5s模型减少了6.13 ms。与主流的目标检测模型S...     

基于改进型YOLOv4-LITE轻量级神经网络的密集圣女果识别

对密集圣女果遮挡、粘连等情况下的果实进行快速识别定位,是提高设施农业环境下圣女果采摘机器人工作效率和产量预测的关键技术之一,该研究提出了一种基于改进YOLOv4-LITE轻量级神经网络的圣女果识别定位方法。为便于迁移到移动终端,该方法使用MobileNet-v3作为模型的特征提取网络构建YOLOv4-LITE网络,以提高圣女果果实目标检测速度;为避免替换骨干网络降低检测精度,通过修改特征金字塔网络（Feature Pyramid Networks,FPN）+路径聚合网络（Path Aggregation Network,PANet）的结构,引入有利于小目标检测的104×104尺度特征层,实现细粒度检测,在PANet结构中使用深度可分离卷积代替普通卷积降低模型运算量,使网络更加轻量化;并通过载入预训练权重和冻结部分层训练方式提高模型的泛化能力。通过与YOLOv4在相同遮挡或粘连程度的测试集上的识别效果进行对比,用调和均值、平均精度、准确率评价模型之间的差异。试验结果表明：在重叠度IOU为0.50时所提出的密集圣女果识别模型在全部测试集上调和均值、平均精度和准确率分别为0.99、99.74%和99.15%,同比YOLOv4分别提升了0.15、8.29个百分点、6.54个百分点,权重大小为45.3 MB,约为YOLOv4的1/5,对单幅416×416像素图像的检测,在图形处理器（Graphics Processing Unit,GPU）上速度可达3.01 ms/张。因此,该研究提出的密集圣女果识别模型具有识别速度快、识别准确率高、轻量化等特点,可为设施农业环境下圣女果采摘机器人高效工作以及圣女果产量预测提供有力的保障。