检索结果-内蒙古大学图书馆

光谱学与光谱分析 2024年第5期44卷 1364-1371页

作者：杨增荣王怀彬田密密李军会赵龙莲中国农业大学信息与电气工程学院北京100083 现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083

苹果早期轻微瘀伤是影响苹果品质的重要因素。早期轻微瘀伤在可见光下肉眼无法识别,为寻找一种高效的苹果早期轻微瘀伤识别方法,以红富士苹果为研究对象,通过倒立摆装置人为制造不同程度的苹果瘀伤。首先采用傅里叶变换近红外光谱仪采... 详细信息

苹果早期轻微瘀伤是影响苹果品质的重要因素。早期轻微瘀伤在可见光下肉眼无法识别,为寻找一种高效的苹果早期轻微瘀伤识别方法,以红富士苹果为研究对象,通过倒立摆装置人为制造不同程度的苹果瘀伤。首先采用傅里叶变换近红外光谱仪采集80个无损样品、60个轻度损伤样品以及60个重度损伤样品各自在损伤后0、10、20和30 min的近红外漫反射光谱;采用SNV作为光谱数据预处理方法,谱区范围选择4000~9000 cm^(-1);主成分个数为9,采用偏最小二乘法-判别分析(PLS-DA)和支持向量机(SVM)两种方法建立“无损-有损”二分类模型,预测集的平均识别率分别为85.00%和89.80%,模型识别效果有待提高。在以上实验结果的基础上,使用波段范围为1000~2350 nm的近红外相机采集无损、轻度瘀伤、中度瘀伤和重度瘀伤的100个苹果样品的近红外图像,相机加装1150和1400 nm的滤光片后分别再次采集这些苹果样品的近红外图像,所有图像均在瘀伤产生后立即采集。共采集3个波段、4种瘀伤程度的苹果样本图像共1200张。提取图像吸光度信息并分别建立KNN、SVM和DT分类模型,DT法“无损-损伤”二分类模型和“无损-轻度-重度”三分类模型的识别率最高,分别为99.00%和94.67%。相比基于近红外光谱的苹果早期外部瘀伤识别方法,近红外相机多波段成像法在苹果表面早期瘀伤和瘀伤程度分类的应用中都有更高的识别准确率。与此同时近红外相机成像方法方便确定瘀伤的位置,这为苹果表面瘀伤的实时在线检测与分类提供了一种快速高效的新思路。

关键词：近红外光谱近红外相机成像苹果早期瘀伤

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基于改进CBAM-DeepLab V3+的苹果种植面积提取

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农业机械学报 2023年第S02期54卷 206-213页

作者：常晗郭树欣张海洋张瑶中国农业大学信息与电气工程学院北京100083 中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083

为提高苹果种植区域的提取精度,提出了一种基于Sentinel-2和MODIS融合影像的CBAM-DeepLab V3+模型。影响苹果种植区域提取精度的主要因素包括遥感影像的质量以及语义分割模型的性能。从影像质量角度来看,采用基于时序的时空融合算法ESTA... 详细信息

为提高苹果种植区域的提取精度,提出了一种基于Sentinel-2和MODIS融合影像的CBAM-DeepLab V3+模型。影响苹果种植区域提取精度的主要因素包括遥感影像的质量以及语义分割模型的性能。从影像质量角度来看,采用基于时序的时空融合算法ESTARFM,通过融合Sentinel-2和MODIS的遥感影像数据,实现更高空间分辨率和时间分辨率数据的获取。与此同时,将训练样本从原始的800幅扩充至2400幅,为后续语义分割模型提供更为充足的样本容量。在语义分割模型优化方面,为了进一步提高苹果种植面积的提取精度,以DeepLab V3+网络结构模型为基础,引入基于通道和空间的CBAM注意力机制,进而发展出CBAM-DeepLab V3+模型。与原始DeepLab V3+模型相比,加入CBAM注意力机制的CBAM-DeepLab V3+模型在拟合速度较慢、边缘目标分割不精确、大尺度目标分割内部不一致和存在孔洞等缺陷方面实现了突破,这些改进提高了模型的训练与预测性能。本研究采用原始Sentinel-2影像及时空融合后的影像数据集,结合烟台市牟平区王格庄镇的数据集和观水镇苹果数据集对U-Net、FCN以及DeepLab V3+模型和CBAM-DeepLab V3+模型进行对比,研究发现在苹果种植面积提取方面,CBAM-DeepLab V3+优化模型所取得的MIoU为84.6%,苹果种植面积提取准确率达90.4%。U-Net、FCN和DeepLab V3+模型的MIoU分别为79.2%、75%、81.2%。此外,该模型预测的烟台市牟平区王格庄镇苹果种植面积为3433.33 hm^(2),与烟台市国民经济和社会发展统计公报公布的3666.66 hm^(2)相比,误差为233.33 hm^(2),预测准确率高达93.64%。

关键词：苹果种植面积提取时空融合卷积神经网络 DeepLab V3+ 语义分割

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基于改进YOLO v5的自然环境下樱桃果实识别方法

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农业机械学报 2022年第S01期53卷 232-240页

作者：张志远罗铭毅郭树欣刘刚李淑平张瑶中国农业大学信息与电气工程学院北京100083 中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083

为提高对樱桃果实识别的准确率,提升果园自动采摘机器人的工作效率,使用采集到的樱桃原始图像以及其搭配不同数据增强方式得到的数据图像共1816幅建立数据集,按照8∶2将数据集划分成训练集与测试集。基于深度学习网络,利用YOLO v5模型... 详细信息

为提高对樱桃果实识别的准确率,提升果园自动采摘机器人的工作效率,使用采集到的樱桃原始图像以及其搭配不同数据增强方式得到的数据图像共1816幅建立数据集,按照8∶2将数据集划分成训练集与测试集。基于深度学习网络,利用YOLO v5模型分别对不同数据增强方式以及组合增强方式扩增后的樱桃数据集进行识别检测,结果表明离线增强与在线增强均对模型精度提升有一定的正向促进作用,其中采用离线数据增强策略能够显著且稳定的增加检测精度,在线数据增强策略能够小幅度提高检测精度,同时使用离线增强以及在线增强能够最大幅度的提升平均检测精度。针对樱桃果实之间相互遮挡以及图像中的小目标樱桃检测难等导致自然环境下樱桃果实检测精度低的问题,本文将YOLO v5的骨干网络进行改动,增添具有注意力机制的Transformer模块,Neck结构由原来的PAFPN改成可以进行双向加权融合的BiFPN,Head结构增加了浅层下采样的P2模块,提出一种基于改进YOLO v5的自然环境下樱桃果实的识别网络。实验结果表明:相比于其他已有模型以及单一结构改进后的YOLO v5模型,本文提出的综合改进模型具有更高的检测精度,使平均精度均值2提高了2.9个百分点。结果表明该方法有效的增强了识别过程中特征融合的效率和精度,显著地提高了樱桃果实的检测效果。同时,本文将训练好的网络模型部署到安卓(Android)平台上。该系统使用简洁,用户设备环境要求不高,具有一定的实用性,可在大田环境下对樱桃果实进行准确检测,能够很好地满足实时检测樱桃果实的需求,也为自动采摘等实际应用奠定了基础。

关键词：樱桃目标检测 YOLO v5 数据增强注意力机制

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基于改进DeepLab V3+的苹果种植面积提取

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农业机械学报 2023年

作者：常晗郭树欣张海洋张瑶中国农业大学信息与电气工程学院中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室

为提高苹果种植区域的提取精度，提出了一种基于Sentinel-2和MODIS融合影像的CBAM-DeepLab V3+模型。影响苹果种植区域提取精度的主要因素包括遥感影像的质量以及语义分割模型的性能。从影像质量角度来看，采用基于时序的时空融合算法ES... 详细信息

为提高苹果种植区域的提取精度，提出了一种基于Sentinel-2和MODIS融合影像的CBAM-DeepLab V3+模型。影响苹果种植区域提取精度的主要因素包括遥感影像的质量以及语义分割模型的性能。从影像质量角度来看，采用基于时序的时空融合算法ESTARFM，通过融合Sentinel-2和MODIS的遥感影像数据，实现更高空间分辨率和时间分辨率数据的获取。与此同时，将训练样本从原始的800幅扩充至2400幅，为后续语义分割模型提供更为充足的样本容量。在语义分割模型优化方面，为了进一步提高苹果种植面积的提取精度，以DeepLab V3+网络结构模型为基础，引入基于通道和空间的CBAM注意力机制，进而发展出CBAM-DeepLab V3+模型。与原始DeepLab V3+模型相比，加入CBAM注意力机制的CBAM-DeepLab V3+模型在拟合速度较慢、边缘目标分割不精确、大尺度目标分割内部不一致和存在孔洞等缺陷方面实现了显著突破，这些改进提高了模型的训练与预测性能。本研究采用原始Sentinel-2影像及时空融合后的影像数据集，结合烟台市牟平区王格庄镇的数据集和观水镇苹果数据集对U-Net、FCN以及DeepLab V3+模型和CBAM-DeepLab V3+模型进行对比，研究发现在苹果种植面积提取方面，CBAM-DeepLab V3+优化模型所取得的MIoU为84.6%，苹果种植面积提取准确率达93.3%。U-Net、FCN和DeepLab V3+模型的MIoU分别为79.2%、75%、81.2%。此外，该模型预测的烟台市牟平区王格庄镇苹果种植面积为3433.33hm2，与烟台市国民经济和社会发展统计公报公布的数据3666.67 hm2相比，误差仅为233.33 hm2，预测准确率高达93.64%。

关键词：时空融合卷积神经网络 DeepLab V3+ 语义分割苹果种植面积提取

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基于近红外相机成像和阈值分割的苹果早期损伤检测

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农业机械学报 2021年第S01期52卷 134-139页

作者：邵志明王怀彬董志城原育慧李军会赵龙莲中国农业大学信息与电气工程学院北京100083 中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083

为了解决苹果表面早期损伤难以检测的问题,提出了一种基于近红外相机成像技术和图像阈值分割方法的苹果表面早期损伤检测方法。使用T2SL近红外相机采集苹果样本近红外图像,通过最大类间方差法对近红外图像进行背景分割,基于图像的灰度... 详细信息

为了解决苹果表面早期损伤难以检测的问题,提出了一种基于近红外相机成像技术和图像阈值分割方法的苹果表面早期损伤检测方法。使用T2SL近红外相机采集苹果样本近红外图像,通过最大类间方差法对近红外图像进行背景分割,基于图像的灰度直方图进行无损和有损区域分割阈值的设定,并结合形态学处理提取苹果样本的损伤区域。该方法对无表面损伤苹果样本的判别准确率是88%,对即时损伤后样本的判别准确率是90%,对损伤后30 min样本的判别准确率达到96%。基于近红外相机成像和阈值分割的苹果早期损伤检测不需要建模学习,类似一种无监督判别分析方法,研究结果表明,利用该方法进行苹果表面早期损伤检测是可行的。

关键词：苹果近红外相机成像阈值分割早期损伤

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基于IGWO算法的冬小麦作物-土壤全氮含量一体化监测

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农业机械学报 2021年第S01期52卷 304-309,359页

作者：田泽众张瑶张海洋孙红李民赞中国农业大学信息与电气工程学院北京100083 中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083

为对冬小麦作物-土壤全氮含量进行一体化监测,提出一种基于改进灰狼优化算法(Improved grey wolf optimization algorithm,IGWO)的冬小麦作物-土壤全氮含量共同冠层高光谱特征波长选择方法。以河南省漯河市郾城区的40块拔节期冬小麦农... 详细信息

为对冬小麦作物-土壤全氮含量进行一体化监测,提出一种基于改进灰狼优化算法(Improved grey wolf optimization algorithm,IGWO)的冬小麦作物-土壤全氮含量共同冠层高光谱特征波长选择方法。以河南省漯河市郾城区的40块拔节期冬小麦农田为研究区,通过采集冬小麦冠层反射光谱,结合实验室测定精确全氮含量,利用IGWO算法选择冬小麦作物-土壤共同特征波长。结果表明,相较于遗传算法(Genetic algorithm,GA)等其他仿生学优化算法,改进灰狼优化算法可以选择冬小麦作物-土壤共同冠层反射光谱特征波长。在随机森林(Random forest,RF)回归模型下,冬小麦作物和土壤全氮含量测试集的决定系数(Coefficient of determination,R^(2))分别为0.7888和0.7534。与其他仿生学算法相比,IGWO选择的特征波长405、495、582、731、808 nm预测性能最佳,能够有效利用全谱信息且符合冬小麦生理特征。改进灰狼优化算法能够选择冬小麦作物-土壤共同的冠层反射光谱特征波长,实现对冬小麦作物-土壤全氮含量的较高精度估计,可作为估测田间冬小麦作物-土壤全氮含量的有效途径。

关键词：冬小麦高光谱作物-土壤一体化监测全氮灰狼优化算法特征选择

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基于近红外稳态空间的苹果病变检测系统设计与试验

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农业机械学报 2021年第S01期52卷 140-147页

作者：赵龙莲邵志明薛金丹原育慧董志城李军会中国农业大学信息与电气工程学院北京100083 中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083

为了实现苹果内部病变的无损检测,设计了基于近红外稳态空间分辨技术的苹果病变检测系统。系统选用波长830 nm的半导体激光器作为光源,选择感光面积大、感光系数灵敏的FDS1010光电探测器实现苹果内部病变无损检测。搭建试验平台对检测... 详细信息

为了实现苹果内部病变的无损检测,设计了基于近红外稳态空间分辨技术的苹果病变检测系统。系统选用波长830 nm的半导体激光器作为光源,选择感光面积大、感光系数灵敏的FDS1010光电探测器实现苹果内部病变无损检测。搭建试验平台对检测系统的性能进行了分析,包括电流稳定性、温度稳定性和光强稳定性,系统稳定性满足试验需求。选择Evans Blue固体配制不同质量分数的纯吸收溶液,对检测装置的准确性和灵敏度进行验证,发现随着溶液浓度的升高,吸光度呈现线性变化的趋势,在纯吸收溶液中系统表现出了稳定的检测性能,且对不同质量分数也表现出良好的分辨性能。根据稳态空间分辨检测技术原理,设计苹果病变替换试验,通过改变光源的位置,并记录"源-探"之间的距离,依据漫射传输方程求出苹果病变位置的光学参数,与目前已知的苹果内部组织光学参数一致。研究结果表明该系统可以实现苹果内部病变无损检测。

关键词：苹果内部病变近红外稳态空间分辨技术无损检测

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基于阈值分析的曲线拟合和边缘检测生猪侧视点云补全

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农业机械学报 2021年第S01期52卷 81-88页

作者：李孟飞康熙王彦超陈珏张馨月刘刚中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083 中国农业大学农业农村部农业信息获取技术重点实验室北京100083 中国农业大学信息与电气工程学院北京100083

针对基于深度相机的生猪体尺检测中,生猪胸围、腹围因栏杆遮挡而无法准确测量的问题,本文提出一种基于阈值分析的三次B样条曲线拟合和边缘检测相结合的方法,实现对侧视点云缺失区域的补全。对DK深度相机采集到的模型猪左侧原始点云数据... 详细信息

针对基于深度相机的生猪体尺检测中,生猪胸围、腹围因栏杆遮挡而无法准确测量的问题,本文提出一种基于阈值分析的三次B样条曲线拟合和边缘检测相结合的方法,实现对侧视点云缺失区域的补全。对DK深度相机采集到的模型猪左侧原始点云数据进行预处理,采用直通滤波、体素网格下采样、统计滤波及欧氏聚类等方法提取生猪的侧视点云。对侧视点云进行切片、阈值分析、投影,拟合得到曲线拟合之后的补全点云。对侧视点云进行边缘检测得到边缘点云,对边缘点云的缺失区域进行拟合补全,得到完整的边缘点云,将曲线拟合之后的补全点云与边缘点云进行对比分析,剔除超出边缘的补全点云得到最终补全点云。最后,分别对未补全点云、补全点云进行体尺测点的自动化提取和人工提取,比较点云补全前后体尺测点的提取误差。试验结果表明,通过本文方法对腹部缺失点云进行补全后,腹围测点的提取误差由1.54 cm降至0.64 cm,对胸部缺失点云补全后,胸围测点的提取误差由3.41 cm降至0.89 cm。

关键词：生猪体尺检测点云补全三次B样条阈值分析边缘检测

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基于热红外视频的奶牛跛行运动特征提取与检测

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农业工程学报 2021年第23期37卷 169-178页

作者：康熙李树东张旭东刘刚中国农业大学信息与电气工程学院北京100083 中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083 中国农业大学农业农村部农业信息获取技术重点实验室北京100083

针对基于可见光视频的奶牛跛行检测系统易受光线、环境变化因素影响的问题,该研究提出了一种基于热红外视频的奶牛跛行运动特征获取与检测的方法。该研究利用深度学习与传统图像处理方法,分别对热红外相机与可见光相机所拍摄的奶牛行走... 详细信息

针对基于可见光视频的奶牛跛行检测系统易受光线、环境变化因素影响的问题,该研究提出了一种基于热红外视频的奶牛跛行运动特征获取与检测的方法。该研究利用深度学习与传统图像处理方法,分别对热红外相机与可见光相机所拍摄的奶牛行走视频进行了奶牛跛行运动特征的提取检测。通过检测结果分析可知,相较于可见光图像,算法对于热红外图像中的奶牛跛行运动特征检测效果更好、准确率更高并且热红外图像可以有效减少光线等外界因素对特征提取的影响,利用深度学习与传统图像处理对运动特征检测的平均精度达到了90.84%与74.26%。研究利用弓背曲率分别针对热红外视频与可见光视频中的行走奶牛进行跛行检测试验,试验结果表明,针对热红外视频中的奶牛跛行检测精度为90.0%,Macro-F1为0.90;针对可见光视频中的奶牛跛行检测精度为83.3%,Macro-F1为0.83。研究表明热红外相机应用于计算机视觉奶牛跛行检测系统可以更好的实现奶牛跛行运动特征获取与跛行检测,有效提高检测准确性与鲁棒性。

关键词：计算机视觉图像处理热红外视频奶牛跛行深度学习

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排肥单体独立控制的双变量施肥控制系统研制

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农业工程学报 2021年第10期37卷 38-45页

作者：张季琴刘刚胡号黄家运中国农业大学现代精细农业系统集成研究教育部重点实验室北京100083 宁夏大学机械工程学院银川750021 中国农业大学农业农村部农业信息获取技术重点实验室北京100083

针对当前变量施肥机无法根据实际田块尺寸调整作业行数,进而调节作业幅宽的问题,该研究通过改造玉米播种施肥机的排肥驱动方式,设计了一种排肥单体独立控制的双变量施肥控制系统。首先通过二次多项式拟合方法,构建了排肥单体的双变量控... 详细信息

针对当前变量施肥机无法根据实际田块尺寸调整作业行数,进而调节作业幅宽的问题,该研究通过改造玉米播种施肥机的排肥驱动方式,设计了一种排肥单体独立控制的双变量施肥控制系统。首先通过二次多项式拟合方法,构建了排肥单体的双变量控制模型;然后对排肥单体的定位方法进行了分析,提出排肥单体独立控制系统;最后对各行排肥量一致性、不同车速下的排肥量控制准确性以及各行独立控制性能进行试验研究。结果表明,在排肥轴转速为10~60 r/min的区间内,各行平均排肥量一致性变异系数为3.35%;在目标排肥量为350 kg/hm2,作业车速为7 km/h的条件下,排肥量控制精度达到97.6%;对于凸、凹和S形3种不同形状的施肥边界,各行排肥滞后距离相对于作业幅宽的变化率均小于15%。系统具有较高的控制准确性和稳定性,能够适应复杂施肥边界,可为玉米基肥变量施用装备的创新性研发提供技术参考。

关键词：农业机械玉米基肥双变量排肥单体独立控制

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