基于DiMP的类特定养殖奶山羊跟踪方法

为准确实时跟踪羊只目标,进行疾病异常预警,实现奶山羊精细化养殖,本文基于DiMP跟踪模型,利用奶山羊跟踪对象单一且图像样本丰富的特点,结合迁移学习和类特定融合方法,设计了一种类特定的奶山羊目标跟踪模型,能够有效克服DiMP算法在跟踪类特定目标时定位精度不足的缺点。利用构建的奶山羊视频跟踪数据训练集对跟踪算法进行迁移训练,加快模型收敛速度,使评估网络预测出的边界框更贴合奶山羊真实框的位置和尺寸。在线跟踪阶段,针对目标模板仅采用第1帧特征制作整个序列的调制向量,导致该调制向量相对整个跟踪阶段特征不具代表性,与后续帧差异大的缺点,使用训练集制作包含奶山羊各种姿态的类调制向量,以指数消融方式更新奶山羊类调制向量与第1帧调制向量间的比重,增强边界框回归任务中的奶山羊特征与背景的判别性。提出的算法在测试集上的AUC(Area under curve)和精准度(Precision)分别为76.20%和60.19%,比DiMP方法分别提升6.17、14.18个百分点,跟踪速度为30 f/s,满足实时跟踪的要求。实验结果表明,提出的类特定奶山羊目标跟踪方法可用于监测复杂场景下奶山羊的运动,为奶山羊精细化...     

基于YOLO v5m的红花花冠目标检测与空间定位方法

针对红花采摘机器人田间作业时花冠检测及定位精度不高的问题,提出了一种基于深度学习的目标检测定位算法(Mobile safflower detection and position network, MSDP-Net)。针对目标检测,本文提出了一种改进的YOLO v5m网络模型C-YOLO v5m,在YOLO v5m主干网络和颈部网络插入卷积块注意力模块,使模型准确率、召回率、平均精度均值相较于改进前分别提高4.98、4.3、5.5个百分点。针对空间定位,本文提出了一种相机移动式空间定位方法,将双目相机安装在平移台上,使其能在水平方向上进行移动,从而使定位精度一直处于最佳范围,同时避免了因花冠被遮挡而造成的漏检。经田间试验验证,移动相机式定位成功率为93.79%,较固定相机式定位成功率提升9.32个百分点,且在X、Y、Z方向上移动相机式定位方法的平均偏差小于3 mm。将MSDP-Net算法与目前主流目标检测算法的性能进行对比,结果表明,MSDP-Net的综合检测性能均优于其他5种算法,其更适用于红花花冠的检测。将MSDP-Net算法和相机移动式定位方法应用于自主研发的红花采摘机器人上进行...     

基于视触觉与深度学习的猕猴桃无损硬度检测方法

硬度是确定猕猴桃成熟度的重要指标之一,对其贮藏周期与销售节点均具有重要指导意义。针对现阶段缺乏使用简易、成本低且精度高的猕猴桃无损硬度检测方法的问题,提出了一种基于视触觉与深度学习的猕猴桃硬度检测方法,通过分析柔性触觉传感层与猕猴桃接触时的形变,获取猕猴桃的动态触觉信息,并据此推断其硬度。以树莓派开发板为机电控制平台,制作了猕猴桃视触觉序列图像采集装置,并对装置按压猕猴桃间隔3h后接触面果肉与非接触面果肉的CIELAB颜色分量平均数进行差异显著性检验,随后采集了猕猴桃视触觉序列图像数据集600组,分别搭建了CNN网络、CNN-LSTM迁移学习网络、CNN-LSTM联合学习网络对视触觉序列图像进行分析及硬度预测。研究结果表明,接触面果肉与非接触面果肉颜色L*、a*、b*三通道分量下平均值无显著差异;深度学习模型LSTM引入长时和短时信息可以动态关联CNN提取的单帧图像特征,从而有效推断猕猴桃硬度,其中CNN-LSTM联合学习模型预测效果最优,其均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)、决定系数R2分别为 1.611N、1.360N、0.856,优于现阶段光谱技术检测猕猴桃硬度的结果,随后将模型嵌入树莓派中制作了猕猴桃硬度自动检测装置,可实现短时间内猕猴桃硬度的较为准确检测。因此,结合视触觉传感方法与联合学习模型可以实现对单个猕猴桃硬度的准确无损测量。     

基于WGAN和MCA-MobileNet的番茄叶片病害识别

针对番茄病害识别模型参数量大、计算成本高、准确率低等问题,本文提出一种基于多尺度特征融合和坐标注意力机制的轻量级网络（Multi scale feature fusion and coordinate attention MobileNet, MCA-MobileNet）模型。采集10类番茄叶片图像,采用基于Wasserstein距离的生成对抗网络（Wasserstein generative adversarial networks, WGAN）进行数据增强,解决了样本数据不足和不均衡的问题,提高模型的泛化能力。在原始模型MobileNet-V2的基础上,引入改进后的多尺度特征融合模块对不同尺度的特征图进行特征提取,提高模型对不同尺度的适应性;将轻量型的坐标注意力机制模块（Coordinate attention, CA）嵌入倒置残差结构中,使模型更加关注叶片中的病害特征,提高对病害种类的识别准确率。试验结果表明,MCA-MobileNet对番茄叶片病害的识别准确率达到94.11%,较原始模型提高2.84个百分点,且参数量仅为原始模型的1/6。该方法较好地平衡了模型的识别准确率和计算成本,为番茄叶片病害的现场部署和实时检测提供了思路和技术支撑。     

融合多光谱成像与深度学习的作物植株叶绿素检测系统研究

为了满足田间作物长势快速检测与指导变量管理的需求,以玉米为例设计了基于多光谱成像的田间作物植株叶绿素检测系统,包括可见光(RGB)和近红外(Near-infrared, NIR)图像采集模块、主控处理器模块、模型加速模块、显示及电源模块,用于实现玉米植株智能识别与叶绿素指标一体化检测。首先,采集玉米苗期和拔节期冠层图像数据集,比较了植株冠层实例分割与株心目标检测两种深度学习模型,构建了基于MobileDet+SSDLite(Single shot multibox detector lite)轻量化网络的玉米植株定位检测模型,实现玉米植株识别。其次,提取被识别的植株株心RGB-NIR图像,开展RGB和NIR图像匹配与分割,提取R、G、B和NIR灰度值计算植被指数,使用SPXY算法(Sample set portioning based on joint X-Y distances)和连续投影算法(Successive projections algorithm, SPA)分别对数据集进行样本划分及特征变量筛选,选择高斯过程回归(Gaussian process regression, ...     

基于改进YOLO v7的生猪群体体温热红外自动检测方法

针对当前生猪规模化养殖过程中基于热红外技术的生猪体温测量效率低的问题,提出了一种基于改进YOLO v7的生猪群体体温检测方法。改进YOLO v7算法在Head层引入VoV-GSCSP结构,降低网络结构复杂度;使用内容感知特征重组(Content-aware reassembly of features,CARAFE)替换模型原始上采样算子,提高特征图放大后的品质,强化生猪头部区域有效特征;引入感受野增强模块（Receptive field enhancement module,RFE）,增强特征金字塔对生猪头部特征的提取能力。本文改进YOLO v7算法对于生猪头部的检测精确率为87.9%,召回率为92.5%,平均精度均值（Mean average precision,mAP）为94.7%。与原始YOLO v7相比,精确率提高3.6个百分点,召回率提高7.0个百分点,mAP提高3.6个百分点。该方法首先自动检测生猪头部区域,再利用头部最大温度与耳根温度的高相关性,最终自动获取生猪体温。温度提取平均绝对误差仅为0.16℃,检测速度为222f/s,实现了生猪群体体温的实时精准检测。综合上述试验结果表明,该方法能够自动定位生猪群体的头部区域,满足生猪群体体温测定的高效和高精度要求,为群养生猪体温自动检测提供了有效的技术支撑。     

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。     

基于改进ResNeXt50残差网络的锦鲤选美方法

锦鲤选美的不同等级之间具有高相似度的特点,目前都是人工进行选美分级。为解决人工选美所存在的效率低、主观性强、成本高的问题,提出了一种基于迁移学习和改进ResNeXt50残差网络的锦鲤选美方法。本文首先构建了红白、大正、昭和3种锦鲤的选美等级数据集。其次,采用迁移学习策略提高训练速度,并从SE注意力模块、Hardswish激活函数和Ranger优化器3方面对ResNeXt50模型进行了改进,构建了SH-ResNeXt50锦鲤选美分级模型。试验结果表明：SH-ResNeXt50模型有效提升了锦鲤选美的等级分选能力,模型准确率达95.6%,损失值仅0.074,优于常用的AlexNet、GoogLeNet、ResNet50和ResNeXt50网络模型。最后,采用Grad-CAM分析SH-ResNeXt50模型的可解释性,结果表明SH-ResNeXt50模型和人工识别的感兴趣区域基本一致。本文所提出的方法实现了具有高相似度的锦鲤不同等级的智能分选,对其它具有高相似度的生物等级分选具有借鉴意义。     

基于图像处理的土壤表层含水率在线检测方法研究

土壤表层含水率是影响作物生长的重要因素,在节水灌溉控制系统中对其进行在线检测尤为重要。运用计算机数字图像处理技术,探索一种土壤表层含水率在线检测的新方法。通过土壤表层图像的中值滤波、图像模式转换和“坏区”过滤,提取图像的特征参数——灰度值,并对土壤表层图像的灰度值与其含水率的关系进行了试验研究。理论分析与试验结果表明,土壤含水率的百分比与土壤表层图像的灰度值之间是一种近似线性的函数关系。     

基于EfficientDet-D1的草莓快速检测及分类

为了快速识别自然环境下的成熟草莓与未成熟草莓,本研究提出了基于EfficientDet-D1的草莓快速检测及分类方法。该方法具有EfficientNet 网络中快速归一化特征加权融合特点,应用该方法与YOLOv3、YOLOv4、Faster-RCNN以及EfficientDet-D0模型进行对比试验,结果显示,YOLOv3、YOLOv4、Faster-RCNN、EfficientDet-D0和EfficientDet-D1等5种算法的平均精度均值（P_mA）分别为 89.51%、69.02%、96.54%、96.71%、97.50%。试验结果表明,EfficientDet-D1在成熟草莓与未成熟草莓的检测性能均优于其他4种目标检测算法,有较好的泛化性和鲁棒性,且使用模型参数量较小的EfficientNet网络,更适合作用于移动端识别,可实现草莓快速识别中的速度与精度要求。