基于Grad-CAM可视化和特征识别率结合的草地贪夜蛾及近缘种成虫识别模型评估方法

为提升草地贪夜蛾及其近缘种成虫识别模型的泛化能力,除识别准确率外额外引入特征识别率对模型的泛化能力进行评估。将带有批归一化层的VGG-16-bn模型的全连接层以全局平均值池化层取代,并在模型训练阶段引入了Grad-CAM可视化结果进行训练指导,共构建了4种改进模型识别草地贪夜蛾及其近缘种成虫。试验结果表明,改进后的模型的识别准确率均在99.22%以上,VGG-16-bn-GAP模型参数内存需求仅为原始模型的10.98%。为评估模型的泛化能力,利用导向反向传播梯度值、Grad-CAM及Grad-CAM++对模型习得的特征进行可视化,并和专家进行人工识别的关键视觉特征进行比较,结果表明改进的VGG-16-bn-GAP模型和VGG16-bn-GAIN模型获得的草地贪夜蛾平均特征识别率比原始模型分别提高12.25%和13.42%。两种改进方式单独应用均能显著提高特征识别率,但同时使用两种方法效果并不明显。本文提出的以特征识别率评估模型泛化能力的方法,可为特征识别率和识别准确率的提升提供参考。     

融合双线性网络和注意力机制的油橄榄品种识别

为解决自然条件下的油橄榄品种识别问题,该研究以油橄榄品种佛奥、莱星、皮削利和鄂植8号为研究对象,融合双线性网络与注意力机制,提出双线性注意力EfficientNet模型。针对不同品种油橄榄表型差异很小的特点,搭建双线性网络以充分提取油橄榄图像中的特征信息。在此基础上,选用兼顾了速度和精度的EfficientNet-B0网络为特征提取网络。针对自然条件下油橄榄品种识别易受复杂背景干扰的问题,将CBAM（convolutional block attention module,CBAM）注意力与双线性网络结合,使模型在提取油橄榄图像特征时,能够聚焦到对油橄榄品种识别起关键作用的特征上。经测试,所提模型对4个油橄榄品种识别的总体准确率达到90.28%,推理时间为9.15 ms。Grad-CAM（gradient-weighted class activation mapping,Grad-CAM）热力图可视化结果也表明,所提模型在识别油橄榄品种时重点关注了果实以及部分叶子区域。消融试验结果表明,在EfficientNet模型中引入CBAM注意力和搭建双线性网络后,总体准确率分别提高了5.00和10.97个百分点。并且,对比试验结果表明,与双线性ResNet34、EfficientNet-SE注意力、双线性ResNet18、双线性VGG16和双线性GoogLeNet等模型相比,所提模型的总体识别准确率分别高12.78、11.53、11.11、10.70和5.00个百分点。该研究为解决自然条件下的油橄榄品种识别提供了依据,同时也可为其他作物的品种识别提供参考。     

基于残差网络与迁移学习的柑橘类型识别

传统的柑橘分类依靠人工进行辨识再手动完成分拣,整个过程耗费时间且成本高昂。对此提出了一种基于迁移学习与残差网络的柑橘图像分类方法。对Kaggle获取的20738张共8类柑橘的图像按7：3比例进行划分得到数据集。在此数据集上不同网络对于柑橘分类性能差异以及迁移学习对经典卷积模型在图像分类任务中的性能提升进行探究,实验以损失值、精准率、召回率等为性能评价指标。实验结果表明,在多种模型中,残差神经网络能获得比其他网络更高的准确率,使用迁移学习初始化网络参数能显著提高柑橘分类的准确度,降低模型过拟合的概率,实现对8类柑橘的准确识别分类,最终分类准确率达到99.9%,对柑橘分类具有指导意义。