機(jī)器視覺與農(nóng)業(yè)智能感知相關(guān)的研究，目前已經(jīng)取得了一定進(jìn)展，在果園果樹、大田作物、荒漠植物、中藥材、畜禽等領(lǐng)域，已經(jīng)獲得了一定科研進(jìn)展。本文整理了近期發(fā)表的機(jī)器視覺與農(nóng)業(yè)智能感知相關(guān)專題的論文。

一、基于改進(jìn)ResNet50模型的自然環(huán)境下蘋果物候期識別

參與機(jī)構(gòu)：四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息與農(nóng)村經(jīng)濟(jì)研究所

針對傳統(tǒng)方法對自然環(huán)境下蘋果物候期圖像識別精度低、覆蓋面不全等問題,該團(tuán)隊(duì)提出了一種基于改進(jìn)ResNet50模型的蘋果物候期識別方法，實(shí)現(xiàn)自然環(huán)境下高原紅富士蘋果物候期圖像的智能識別。

結(jié)果表明改進(jìn)ResNet50可實(shí)現(xiàn)對蘋果物候期有效識別,該研究成果可為果園物候期識別提供參考,通過集成至果樹生育期智能監(jiān)測生產(chǎn)管理平臺,實(shí)現(xiàn)蘋果園區(qū)的智能化管控。

二、自然環(huán)境中鮮食葡萄快速識別與采摘點(diǎn)自動定位方法

參與機(jī)構(gòu)：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院/智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備實(shí)驗(yàn)室/山東省園藝機(jī)械與裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、山東交通學(xué)院工程機(jī)械學(xué)院、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院小麥育種全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

自然環(huán)境中鮮食葡萄的快速識別，與精準(zhǔn)定位是實(shí)現(xiàn)鮮食葡萄機(jī)器人自動采摘的先決條件。該團(tuán)隊(duì)研究了基于改進(jìn)的K-means聚類算法和輪廓分析法提出一種鮮食葡萄采摘點(diǎn)自動定位的方法,利用幾何方法實(shí)現(xiàn)鮮食葡萄采摘點(diǎn)快速準(zhǔn)確定位。

結(jié)果表明該算法在籬壁式、棚架式下紫葡萄、綠葡萄的采摘點(diǎn)定位成功率高,整體試驗(yàn)效果較好。為鮮食葡萄采摘機(jī)器人實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)采摘葡萄提供技術(shù)支撐。

三、用于邊緣計(jì)算設(shè)備的果樹掛果量輕量化估測模型

參與機(jī)構(gòu)：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院

掛果量是果樹栽培管理的重要指標(biāo)。傳統(tǒng)人力抽樣估測果樹掛果量的方法不僅耗時費(fèi)力,而且容易產(chǎn)生較大誤差。該團(tuán)隊(duì)研究提出了一種用于邊緣計(jì)算設(shè)備的輕量化模型,實(shí)現(xiàn)視頻中樹上柑橘掛果量的自動估測，以提升掛果量估測準(zhǔn)確性。

試驗(yàn)結(jié)果證明：該模型在邊緣計(jì)算設(shè)備上對柑橘掛果量估測的有效性,基于算法模型研發(fā)的果園掛果量遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，可滿足用于果園移動平臺行進(jìn)狀態(tài)下的果樹掛果量估測需求，為果園生產(chǎn)力自動監(jiān)測分析提供技術(shù)支持。

四、融合ECA機(jī)制與DenseNet201的水稻病蟲害識別方法

參與機(jī)構(gòu)：揚(yáng)州大學(xué)信息工程學(xué)院(人工智能學(xué)院)

針對傳統(tǒng)人工識別病蟲害存在的效率過低、成本過高等問題,該團(tuán)隊(duì)提出了一種融合ECA注意力機(jī)制與DenseNet201的水稻圖像識別模型GE-DenseNet。

該方法在包含水稻胡麻斑病、水稻鐵甲蟲、稻瘟病與健康水稻的3355張圖像數(shù)據(jù)集上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試,識別準(zhǔn)確率達(dá)到83.52%，實(shí)現(xiàn)對不同水稻病蟲害圖像更為準(zhǔn)確地識別,為及時防治病蟲害,減少各類損失提供技術(shù)支持。

五、基于不同空間分辨率無人機(jī)多光譜遙感影像的小麥倒伏區(qū)域識別方法

參與機(jī)構(gòu)：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/教育部作物生長發(fā)育調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/省部共建小麥玉米作物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

快速準(zhǔn)確評估作物倒伏災(zāi)情狀況,需及時獲取倒伏發(fā)生位置及面積等信息。結(jié)合目前無人機(jī)遙感識別作物倒伏缺乏相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),不利于規(guī)范無人機(jī)數(shù)據(jù)獲取流程和提出問題解決方案。該團(tuán)隊(duì)研究旨在探討不同空間分辨率無人機(jī)遙感影像，及特征優(yōu)化方法對小麥倒伏區(qū)域識別精度的影響。

結(jié)果表明在不同飛行高度下的分類精度相對差異較小,90 m總體分類精度可達(dá)到95.6%,Kappa系數(shù)達(dá)到0.914,滿足了對分類精度的需求。通過選擇適宜的特征選擇方法,不僅可以兼顧分類精度,還能有效縮小影像空間分辨率變化引起的倒伏分類差異,有助于提升飛行高度,擴(kuò)大小麥倒伏監(jiān)測面積,降低作業(yè)成本,為確立作物倒伏信息獲取策略及小麥災(zāi)情評估提供參考及支持。

六、基于無人機(jī)高光譜遙感的烤煙葉片葉綠素含量估測

參與機(jī)構(gòu)：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)煙草學(xué)院、國家煙草栽培生理生化研究基地、煙草行業(yè)煙草栽培重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

研究目的：烤煙葉片葉綠素含量是表征烤煙光合作用、營養(yǎng)狀況和長勢的重要指標(biāo)。該團(tuán)隊(duì)以高效精確地估測不同生長期烤煙LCC為目的，以中煙100煙葉為研究對象。采用一元線性回歸、多元線性回歸、偏最小二乘回歸、支持向量回歸和隨機(jī)森林回歸5種建模方法進(jìn)行LCC估測。

該研究通過分析多種光譜指數(shù)與烤煙LCC的響應(yīng)規(guī)律,構(gòu)建可靠的烤煙葉片LCC估測模型,可為烤煙葉LCC估測以及烤煙的生長發(fā)育監(jiān)測提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

七、基于輕量級MobileNet V3-YOLOv4的生長期菠蘿成熟度分析

參與機(jī)構(gòu)：廣東省電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司第四分公司、華中科技大學(xué)電子信息與通信學(xué)院、廣東海洋大學(xué)電子與信息工程學(xué)院、廣東省智慧海洋傳感網(wǎng)及其裝備工程技術(shù)研究中心

菠蘿的貯藏性與成熟度相關(guān),菠蘿采摘前對其成熟度進(jìn)行識別尤為重要。該團(tuán)隊(duì)研究提出了一種新型網(wǎng)絡(luò)模型,提高菠蘿成熟度自動識別的準(zhǔn)確率和速度。

試驗(yàn)結(jié)果表明,對于黃熟期菠蘿和青熟期菠蘿兩種類別的檢測精確率分別為100%和98.85%,平均精度值分別為87.62%、94.21%,召回率分別為77.55%、86.00%,F1分?jǐn)?shù)分別為0.87和0.92,推理速度80.85 img/s。實(shí)現(xiàn)了在降低訓(xùn)練速度、減小參數(shù)量的同時,提高了菠蘿成熟度識別的精度和推理速度,滿足實(shí)際檢測需求。

八、基于多種機(jī)器學(xué)習(xí)算法預(yù)測廣西蔗區(qū)甘蔗產(chǎn)量

參與機(jī)構(gòu)：廣西大學(xué)電氣工程學(xué)院、廣西大學(xué)甘蔗生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、廣西糖業(yè)集團(tuán)有限公司、廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所

該團(tuán)隊(duì)分析了廣西甘蔗主產(chǎn)區(qū)甘蔗產(chǎn)量與氣象因素的關(guān)系,利用氣象數(shù)據(jù)預(yù)測甘蔗產(chǎn)量,為糖廠及相關(guān)管理部門提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐。

通過敏感時段分析法篩選的關(guān)鍵氣象因子與產(chǎn)量均呈顯著相關(guān),根據(jù)敏感時段能準(zhǔn)確地分析各氣象因子對產(chǎn)量的影響。使用LSTM模型預(yù)測單蔗區(qū)產(chǎn)量,使用BPNN模型預(yù)測多蔗區(qū)甘蔗氣象產(chǎn)量的方法是可行的,且預(yù)測誤差在可接受范圍內(nèi)。

九、基于改進(jìn)殘差網(wǎng)絡(luò)模型的不同部位牦牛肉分類識別方法

參與機(jī)構(gòu)：青海大學(xué)計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用系、青海大學(xué)畜牧獸醫(yī)科學(xué)院、青海省玉樹州動物疫病預(yù)防控制中心

為實(shí)現(xiàn)不同部位牦牛肉快速、準(zhǔn)確識別,該團(tuán)隊(duì)研究提出了一種改進(jìn)的殘差網(wǎng)絡(luò)模型,并開發(fā)了一種基于智能手機(jī)的牦牛肉部位識別軟件。

研究采集牦牛的里脊、上腦、腱子、胸肉的圖像數(shù)據(jù)，通過消融實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明,改進(jìn)后的ResNet18CBAM模型可在實(shí)際應(yīng)用中識別不同部位牦牛肉且具有良好的結(jié)果。該成果有助于保障牦牛肉產(chǎn)業(yè)的食品質(zhì)量安全,也為青藏高原地區(qū)的牦牛肉產(chǎn)業(yè)智能化發(fā)展提供技術(shù)支撐。

十、融合遷移學(xué)習(xí)和集成學(xué)習(xí)的自然背景下荒漠植物識別方法

參與機(jī)構(gòu)：新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所、國家農(nóng)業(yè)科學(xué)數(shù)據(jù)中心

荒漠植物的準(zhǔn)確識別是其認(rèn)識和保護(hù)過程中不可或缺的任務(wù),是荒漠生態(tài)研究與保護(hù)的基礎(chǔ)。自然條件下野外荒漠植物圖像的機(jī)器視覺自動分類識別可有效提升植物資源調(diào)查效率、降低人為主觀因素影響,對荒漠植物的精準(zhǔn)分類、多樣性保護(hù)和資源化利用具有重要意義。該團(tuán)隊(duì)以自然環(huán)境下的整株荒漠植物圖像為研究對象,構(gòu)建新疆干旱區(qū)荒漠植物圖像數(shù)據(jù)集,以EfficientNet B0—B4網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò),提出一種融合遷移學(xué)習(xí)和集成學(xué)習(xí)的荒漠植物圖像識別算法,并在公開數(shù)據(jù)集Oxford Flowers102上進(jìn)行對比驗(yàn)證。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法可提高荒漠植物的識別準(zhǔn)確率,通過云端傳輸至服務(wù)器后,實(shí)現(xiàn)荒漠植物的準(zhǔn)確識別,為真實(shí)野外環(huán)境下植物圖像識別精度低、模型魯棒性及泛化性弱等問題提供解決思路。服務(wù)于野外調(diào)查、教學(xué)科普以及科學(xué)實(shí)驗(yàn)等場景。

十一、基于改進(jìn)ShuffleNet V2的輕量級防風(fēng)藥材道地性智能識別

參與機(jī)構(gòu)：吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院、吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、無錫學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院

對于防風(fēng)藥材產(chǎn)地和品質(zhì)的鑒別方法主要是根據(jù)其物理或化學(xué)特征,其方法需對中藥材進(jìn)行分離提取,存在耗時長,費(fèi)用高,專業(yè)性強(qiáng),技術(shù)難度大等問題,不利于推廣應(yīng)用。隨著深度學(xué)習(xí)的不斷發(fā)展,其無需人工提取特征、分類精度高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用在中藥材的識別之中。

針對大多數(shù)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在識別防風(fēng)藥材時計(jì)算量大、精度低的問題,該團(tuán)隊(duì)研究提出了一種改進(jìn)的ShuffieNet V2的輕量級防風(fēng)道地性識別模型。結(jié)果表明該研究所提出的模型在保持較高識別精度的同時占用較少的儲存空間,有助于在未來的低性能終端上實(shí)現(xiàn)防風(fēng)道地性的實(shí)時診斷。

審核編輯 黃宇