基于双路卷积神经网络的植物叶片识别模型     

于慧伶  麻峻玮  张怡卓 《北京林业大学学报》2018,40(12):132-137

目的针对卷积神经网络识别植物叶片过程中，叶片边缘形状对卷积层的过度作用而导致相似边缘形状叶片识别错误的问题，提出了一种双路卷积神经网络的植物叶片识别模型。方法模型考虑了叶片信息的边缘形状与内部纹理特征，构建了双路卷积神经网路结构，其中形状特征路径运用7层卷积层的网络结构，前3层采用大尺寸11×11及5×5的卷积核提取大视野特征，完成叶片形状特征提取，另外4层卷积层采用3×3小尺寸卷积核提取叶片细节特征；纹理特征路径采用6个3×3卷积核的卷积层，提取叶片纹理图像细节特征；然后通过特征融合层将两类特征相加为融合特征，并利用全连接层对植物叶片种类进行识别。结果实验结果表明，双路卷积神经网络模型与单路卷积神经网络和图像处理分类识别模型相比，在Flavia叶片数据集与扩充植物叶片数据集上，Top-1识别准确率分别提高到了99.28%、97.31%，Top-3识别准确率分别提高到了99.97%、99.74%，标准差较其他识别与分类模型下降到0.18、0.20。结论本文提出的叶片识别模型能有效避免相似叶片边缘形状干扰而导致识别错误的问题，可以提高植物叶片的识别准确率。   相似文献   

1种基于Otsu算法的植物病害叶片图像分割方法   总被引：1，自引：0，他引：1  

张善文  张云龙  尚怡君 《江苏农业科学》2014,(4):337-339

植物叶片图像分割是植物分类和植物病害检测中的一个关键步骤,旨在把叶片图像分成各具特性的区域并提取出感兴趣的部分。在分析自然场景下植物叶片图像几种分割方法的优缺点的基础上,基于Otsu算法,提出了1种叶片图像分割方法,并进行分割算法试验。结果表明,该叶片图像分割方法对叶片中目标(叶片或病斑)-背景类的图像具有较好的分割效果。  相似文献   

一种融合聚类和分类算法的树木图像多目标优化分割方法     

王晓松  杨刚 《北京林业大学学报》2018,40(12):124-131

目的结合树木图像颜色和纹理特征,融合聚类和分类算法对树木图像进行多目标优化分割,从而提高自然背景下树木图像分割的准确性。方法首先,利用MSCC框架理论,解决聚类和分类目标函数同时依赖于聚类中心的问题。然后,分别选定聚类性能评价指标函数和分类性能评价指标函数。最后,采用多目标进化优化方法——NSGA-II算法进行优化,得到Pareto前端最优解集,并通过计算聚类有效性指数I的最大值,寻找最优解决方案。选择具有代表性的法国梧桐、侧柏、松树和杏树等自然背景下拍摄的4幅图像作为样本。分别采用K-means、Fuzzy C-means、对聚类目标函数进行单目标优化,采用MOPSO方法进行多目标优化,以及NSGA-II方法进行多目标优化等5种方法对样本图像进行分割比较。结果在聚类中心数量相同、种群大小相同、遗传代数相同的条件下,指数I的值表明本文提出的分割方法优势显著。对于4类不同样本图像分割的指数I值进行对比可知,以HF指数为单目标函数进行遗传优化的结果优于单一使用K-means和FCM算法;MOPSO多目标优化方法分割结果优于单目标优化结果;基于NSGA-II优化的多目标函数分割结果又优于MOPSO多目标优化结果。结论融合聚类和分类算法构建聚类性能评价指标函数和分类评价性能指标函数,并采用非支配排序遗传算法对多目标函数进行优化,能更好地保留树木图像的颜色和纹理特征,分割准确率显著提高。   相似文献   

基于全卷积网络的葡萄病害叶片分割   总被引：2，自引：0，他引：2  

赵兵  冯全 《南京农业大学学报》2018,(4)

[目的]本文旨在解决不同光照和复杂背景下葡萄病害叶片图像的自动分割。[方法]使用了一种全卷积网络(FCN)的葡萄病害叶片图像的自动分割算法。该算法在结构上将传统的卷积神经网络(CNN)后3个全连接层换成3个卷积层。通过多层的卷积,对输入葡萄叶片图像的特征进行提取;通过池化层,对特征信息进行筛选,缩减特征尺寸,以达到减少网络参数的目的。再通过反卷积对特征上采样,从高维、小尺寸特征恢复到图像原始尺寸,对具有原始尺寸的特征进行逐像素分类,确定原图像中每个像素位置的标签是背景还是前景。因只经过上采样处理后的分割图像会较粗糙,故通过跳跃结构将较为粗糙的原图进行局部信息与整体信息的整合,达到对分割结果进行精细化处理的目的。[结果]本算法对葡萄病害叶片有较好的分割效果,单叶片和复杂多叶片图像的马修斯相互系数(MCC)分别为0.821和0.747,MCC平均值较对比算法提高了6.5%。[结论]本算法能够较精确地分割自然条件下成像的葡萄病害叶片图像,为后续在叶片精准分割病害区域和提取病害特征创造了良好的条件。  相似文献   

基于ROI-CNN的赛罕乌拉国家级自然保护区陆生野生动物自动识别     

刘文定  李安琪  张军国  谢将剑  鲍伟东 《北京林业大学学报》2018,40(8):123-131

目的利用红外自动感应相机对野生动物进行图像监测是对野生动物保护管理的有效手段,为了解决野外复杂背景环境导致的野生动物监测图像自动识别准确率低的问题,提出一种基于感兴趣区域(ROI)与卷积神经网络(CNN)的野生动物物种自动识别方法。方法以红外自动感应相机在内蒙古赛罕乌拉国家自然保护区内拍摄的马鹿、斑羚、猞猁、狍和野猪这5种国家级陆生保护动物的图像为实验样本,采用基于回归算法的目标检测方法,对监测图像中野生动物区域进行检测并分割,生成ROI图像,减少复杂背景信息对物种识别的干扰;利用裁剪、仿射变换等方式对样本数据进行扩充;构建基于全局-局部的VGG16双通道网络模型对样本图像进行训练,最后接入分类器输出物种识别结果。同时,构建了基于VGG19的双通道网络模型对样本图像进行训练,并与本研究训练结果进行比较;另外,将样本图像分别输入本研究算法与VGG16、R-CNN、Fast R-CNN算法进行训练,对比不同算法下的识别效果。结果利用本研究模型对样本图像进行训练时,测试集的平均识别精度均值MAP达到0.912,相对于VGG19结构下的训练模型和VGG16、R-CNN、Fast R-CNN,得到了更高的MAP值。结论相比于其他算法,本研究提出的物种识别模型更适合于复杂背景下的野生动物监测图像的物种识别,可以得到更高的MAP值与更优的识别效果。   相似文献   

基于多水平集的植物图像分割     

李小林  梁忠  黄世国 《福建农林大学学报(自然科学版)》2009,38(3)

依据植物图像中不同目标的区域特征,应用多水平集分割算法分割植物图像.该算法能够将植物的花朵、叶片以及背景有效地分割开.与基于聚类的多尺度Ncut算法的分割效果进行比较,多水平集方法在分割效果上优于多尺度Ncut算法.  相似文献   

基于U-Net模型和FCM算法的番茄穴盘苗重叠幼叶分割方法     

赵广猛  王卫兵 《江苏农业科学》2022,(2):206-212

针对传统方法对番茄穴盘苗重叠幼叶图像分割精度较低、背景剔除困难的问题,提出一种基于U-Net模型和模糊C均值聚类(FCM算法)相结合的图像分割方法。首先用ExRG法对图像的背景进行剔除,得到待分割幼叶的主体区域,对图像进行预处理。其次建立数据集,训练网络模型,用预训练的U-Net模型分割幼叶主体区域,提取其过渡区域;同时用FCM算法分割幼叶主体区域,提取其过渡区域。然后结合FCM算法分割得到的过渡区域和U-Net模型分割得到的过渡区域,得到重叠叶片的最终分割结果。最后,为了得到精准的评估结果,将重新连接的过渡区域进行填充,并与其他文献所述的算法进行对比分析。结果表明,所提出的基于U-net模型和FCM算法对穴盘苗幼叶轮廓分割的结果更加准确,泛化性更强。证明对番茄幼苗叶片图像分割的有效性,为幼苗生长状况的检测研究提供了支持。  相似文献   

高光谱图像与卷积神经网络相结合的油桃轻微损伤检测   总被引：1，自引：0，他引：1  

武锦龙  苗荣慧  黄锋华  杨华 《山西农业大学学报(自然科学版)》2019,(2)

[目的]油桃表面轻微损伤的快速检测对提高油桃的品质及市场竞争力具有重要作用。[方法]本研究以"中油四号"油桃为研究对象,提出了基于高光谱图像与卷积神经网络相结合的油桃分块损伤区域检测算法。针对原始图像存在的复杂背景及油桃自身颜色特征,采用基于颜色特征的图像分割算法实现油桃与复杂背景的分离。针对损伤部位占比较小的特点,采用分块算法将原始图像分成64×64的块,并为每个分块制作标签(正常、损伤、背景区域),分块数据与其对应标签共同构成试验数据集。构建卷积神经网络模型,将数据输入该模型进行识别。[结果]油桃损伤区域识别率为88.2%。[结论]基于高光谱图像与卷积神经网络相结合的方法可以较准确地实现油桃表面轻微损伤的检测。  相似文献   

基于Mask-RCNN的复杂背景下多目标叶片的分割和识别     

钟伟镇  刘鑫磊  杨坤龙  李丰果 《浙江农业学报》2020,32(11):2059

在基于叶片图像进行植物识别和生长状态监控时,植物目标叶片的准确分割和识别是前提和基础,但复杂背景给叶片的分割和识别带来了极大的挑战。本研究提出基于Mask-RCNN深度学习网络分割和识别复杂背景下多目标叶片的算法,共拍摄自然生长状态下常见的植物叶片图像7 357张,标注3 000张作为训练数据库,这3 000张图像共包含4种植物,分别为孔雀竹芋(Calathea makoyana)、珊瑚树(Viburnum odoratissinum)、洋常春藤(Hedera helix L.)和黄花羊蹄甲(Bauhinia tomentosa)。选择这4种植物的80个测试样本图像进行分割、识别与错分率分析。结果表明:Mask-RCNN深度学习网络对这4种植物的识别效果良好,未出现误识别的情况;分割的平均图像错分率为0.93%,最大值不超过2.49%,即分割准确率达97.51%;同时该算法具有强大的迁移能力。  相似文献   

基于改进全卷积神经网络的黄瓜叶部病斑分割方法   总被引：1，自引：0，他引：1  

《江苏农业学报》2019,(5)

为了解决传统卷积神经网络在黄瓜叶部病斑图像分割中存在模型训练时间长、分割效果差以及分割过程中易受光照和背景影响等问题,提出了一种基于改进全卷积神经网络的黄瓜叶部病斑分割方法。首先在模型训练的初始阶段使用传统的卷积神经网络得到病斑图像的轮廓特征,在训练过程中将传统的修正性单元(RELU)激活函数替换为指数线性单元(ELU)激活函数;然后对传统的卷积神经网络得到的病斑图像轮廓特征进行二次模型训练,训练过程中使用批归一化(Batch normalization)函数稳定模型训练过程;最后将原始卷积神经网络的多项逻辑回归(Soft max)分类器更换为支持向量机(SVM)分类器,对分类器输出的像素分类结果进行反卷积操作,恢复图像分辨率,得到分割结果。使用本研究方法与改进OTSU、SVM、CRF和传统FCN等4种方法在黄瓜叶部病斑数据集上进行分割试验,结果表明本研究方法的平均像素分割准确率为80.46%,平均交并比为70.43%,具有较高的分割精度。  相似文献   

基于引力核密度聚类算法的作物病害叶片区域的快速检测     

刘哲  黄文准  王利平 《湖南农业大学学报(自然科学版)》2020,46(4):488-494

针对作物病害叶片图像的复杂性和模糊性,提出一种基于引力核密度聚类算法的作物叶片病害区域快速检测方法:首先,在RGB颜色空间提取病害叶片图像的R通道值,根据R值的特征直方图特性,运用多项式拟合特征直方图曲线,根据导数性质确定拟合特征直方图曲线的峰值点和峰值区域,确定病害叶片图像聚类数和初始聚类中心;根据初步确定的病变叶片图像的聚类中心,运用引力核密度聚类算法快速完成对病害叶片病斑的分割。试验结果表明,基于引力核密度聚类算法的平均分割精度达80%以上,平均检测时间为4.912 s,优于已有病害区域分割算法K–means和Meanshift的性能。  相似文献   

基于改进Bernsen 二值化算法的 植物病害叶片病斑检测     

张善文  黄文准  师韵 《广东农业科学》2016,43(12):129-133

针对大区域田间复杂背景下植物病害远程识别中的叶片病斑检测难问题,提出一种基于改进Bernsen二值化算法的植物病害远程检测方法。通过物联网采集不同区域的植物叶片图像,根据在RGB和HIS颜色空间中叶片病斑与正常叶片和背景的色调差异的特点,利用改进Bernsen二值化算法分别在图像的R、G、B、H 4个颜色通道上提取病斑,然后进行病斑图像融合,得到病斑图像。采用该方法对多幅物联网视频植物病害叶片图像进行病斑分割。实验结果表明,该算法在复杂背景环境下能够有效分割植物病斑图像,去除大量复杂背景,得到病斑图像。该方法能够为大区域植物病害远程智能监控系统提供技术指导。  相似文献   

基于深度学习的无人机影像玉米倒伏区域提取   总被引：5，自引：0，他引：5  

郑二功  田迎芳  陈涛 《河南农业科学》2018,(8)

以无人机遥感在玉米倒伏灾害评估中的应用为背景,为了准确获取玉米倒伏信息,提出一种基于深度学习的无人机影像中玉米倒伏区域提取的方法。将深度学习技术中的全卷积图像分割网络应用到玉米倒伏区域提取中,根据实际使用场景对网络结构进行调整,利用采集的玉米倒伏图像集训练分割网络,最终使网络能够自动分割出倒伏区域。结果表明,该方法能够较准确地提取出玉米倒伏区域,在测试集上的F_1分数达到90%以上,该方法为玉米倒伏灾害评估提供了有益参考。  相似文献   

基于eCognition植物叶片气孔密度及气孔面积快速测算方法   总被引：1，自引：1，他引：0  

朱济友  徐程扬  吴鞠 《北京林业大学学报》2018,40(5):37-45

目的叶片气孔是植物与外界进行物质交换的重要窗口,对环境变化十分敏感。如何快速、精确地获得气孔密度和开放程度数据仍缺乏成熟的方法与技术,本研究旨在探索植物叶片气孔密度及气孔面积的快速测算方法,为今后植物气孔研究工作提供参考。方法以北京市常见绿化树种白蜡、臭椿和国槐叶片为研究对象,采用面向对象分类的eCognition图像处理软件,对叶片气孔显微图像进行多尺度分割和分类识别,根据对象的光谱特征、亮度特征和几何特征构建规则并进行气孔分类和提取。结果气孔分割的最佳参数及自动提取规则组合为:尺度参数120~125、形状参数0.7、紧凑度参数0.9、亮度值160~220、红光波段>95、形状-密度指数1.5~2.2。结论该方法提取气孔密度和气孔面积的精度分别达到99.2%、94.5%,结果较理想,适用于植物叶片气孔信息的快速提取。   相似文献   

基于深度学习的5种树皮纹理图像识别研究   总被引：1，自引：0，他引：1  

刘嘉政  王雪峰  王甜 《北京林业大学学报》2019,41(4):146-154

目的针对在树皮图像识别时,现有的算法和识别过程过于复杂的问题,提出了基于深度学习的方法来对不同树种的树皮图像进行识别。方法本文以5种常见树种的树皮纹理图像为例,采用基于卷积神经网络的深度学习方法,将原始图像直接作为输入,通过卷积和池化层对图像的低级、高级特征进行自动提取,解决了手动提取纹理特征的困难和问题;在此基础上,对CNN模型结构进行改进,采用带Maxout的ELU激励函数来代替ReLU函数,解决模型的偏移和零梯度问题;对损失函数进行改进,通过添加规范项来优化结构参数,并使用分段常数衰减法对学习率进行动态调控;最后采用softmax分类器对图像类别进行输出。结果对5个树种的树皮图像共计10 000张图像进行实验,其中每类选取200张图像作为测试集。最终训练准确率达到93.80%,测试集识别准确率为97.70%。另外,为验证本文方法的可行性,与传统人工特征提取法,提取HOG特征、Gabor特征和灰度共生矩阵统计法,训练SVM分类器。通过实验比较,本文方法识别准确率最高。结论本文提出的基于深度学习的树皮纹理图像识别方法是可行的,提高了识别效率和精度,为树种的智能化识别提供新的参考。   相似文献   

檀香咖啡豹蠹蛾虫害的树干区域分类研究     

陈珠琳  王雪峰 《北京林业大学学报》2018,40(1):74-82

目的檀香是一种典型的珍贵树种,但不易成活且常遭受病虫害的干扰。本研究针对受咖啡豹蠹蛾危害的檀香,为提高受害檀香树干区域的分类效果,根据不同区域在颜色和纹理方面的特点,提出了一种复杂背景下受咖啡豹蠹蛾危害的檀香树干区域分类方法。方法(1) 本文首先结合高斯高通滤波、Otsu法、2G-R-B因子以及形态学运算,将树干从复杂背景中提取出来,再通过L*a*b*系统中的L*通道和a*通道将树干分割为健康区域、虫害区域和排泄物区域。(2)提出“多纹理”并使用“相对颜色”特征变换方法以提取图像特征。(3)提出BP神经网络和RBF-SVM相结合的方法对区域进行识别。结果(1) 本文提出的图像分割算法有效地将受虫害危害的檀香从背景中提取出来,并成功分割为健康区域、虫害区域和排泄物区域。(2)与传统PCA处理相比,使用“多纹理”和“相对颜色特征”得到的分类精度有所提高。其中,“多纹理”特征通过差异扩大的方法构建出的图像特征,明显增加了类间方差;“相对颜色特征”则减小了光照对样本的影响,从而减小了类内方差。(3)通过将RBF-SVM与BP神经网络方法相结合,对比发现,使用一种方法进行三分类的精度较低,分别为74.44%和81.11%;两次二分类后提高了精度,分别为87.77%和85.56%;而两种方法相结合的方式所得到的分类精度最高,总体可达91.11%。结论本文通过数字图像对受咖啡豹蠹蛾危害的檀香树干区域进行分类,为该虫害的早期识别以及受损率计算提供了方法,可以有效地减小檀香生长所受危害,提高心材质量,也为数字图像技术在林业中的应用提供了参考。   相似文献   

利用特征分割和病斑增强的杨树叶部病害识别          下载免费PDF全文

明浩  苏喜友 《浙江农林大学学报》2020,37(6):1159-1166

  目的  针对杨树Populus黑星病早期特征和杨树花叶病病斑不明显的特点,提出通过对图像集进行预处理的方法以提高识别精度的方案。  方法  为去除图像背景的影响,采用基于改进的Canny算子边缘检测法并结合霍斯变换提取叶片轮廓;借助限制对比度自适应直方图均衡化算法降低局部光照不均带来的影响并增强病斑的特征;使用自适应阈值的OTSU分割算法提取病斑图像。最后将预处理得到的病斑特征二值化图像和病斑图像,分别输入由5个卷积层、3个全连接层、650 000个神经元及超过6 000万个学习参数的Alexnet神经网络进行训练并验证准确率。  结果  研究最终分别获得93.56%和98.07%的验证集识别精度,较原图像实验组88.77%的识别精度有显著提升。提出的提取叶片轮廓的结合方法能够完整提取不同背景下的叶片主体图像,有效避免目标叶片的背景干扰;限制对比度自适应直方图均衡化算法对自然环境下拍摄产生的不均匀光照有较好的处理效果,有效降低反光等因素的干扰。  结论  几种病害图像预处理对提高识别精度效果明显,识别能力远超过未经处理的原始病害图像识别,有助于提高杨树叶部病害的智能识别能力。图8表1参22  相似文献   

基于多尺度注意力卷积神经网络的苹果叶部病害识别方法     

张会敏  谢泽奇 《江苏农业科学》2023,(16):154-161

针对传统苹果叶部病害识别方法识别率低和现有卷积神经网络(CNN)训练时间长的问题，提出一种基于多尺度注意力卷积神经网络的苹果叶部病害识别方法。该方法由多尺度空洞卷积模块Inception与改进的残差模块组成，其中，多尺度空洞卷积模块Inception用于图像的多尺度特征提取，在卷积模块中引入双注意力机制增强网络模型，显著表示图像中叶部病斑区域特征，降低非病斑区域与背景区域对识别结果的干扰，在原始残差模块上引入卷积层与非线性激活函数改进的残差模块，增加鲁棒性判别特征的跨层融合，在苹果病害叶片图像数据集上的识别准确率达96%以上。结果表明，所提出的方法具有参数量少、占用内存小以及性能好的优势，可进一步应用于田间苹果叶部病害智能识别系统。  相似文献   

复杂背景与天气条件下的棉花叶片图像分割方法   总被引：4，自引：0，他引：4  

李凯  张建华  冯全  孔繁涛  韩书庆  吴建寨 《中国农业大学学报》2018,23(2):88-98

为实现自然条件下棉花叶片的精准分割,提出一种粒子群(Particle swarm optimization,PSO)优化算法和K-means聚类算法混合的棉花叶片图像分割方法。本算法将棉花叶片图像在RGB颜色空间模式下采用二维卷积滤波进行去噪预处理,并将预处理后的彩色图像从RGB转换到目标与背景差异性最大的Q分量、超G分量、a*分量;随后在K均值聚类的一维数据空间中,利用PSO算法向全局像素解的子空间搜寻,通过迭代搜寻得到全局最优解,确定最佳聚类中心点,改善K均值聚类的收敛效果;最后,对像素进行聚类划分,从而得到棉花叶片分割结果。按照不同天气条件和不同背景采集了1 200幅棉花叶片样本图像,对本研究算法进行测试。试验结果表明:该算法对于晴天、阴天和雨天图像中目标(棉花叶片)分割准确率分别达到92.39%、93.55%、88.09%,总体平均分割精度为91.34%,并与传统K均值算法比较,总体平均分割精度提高了5.41%。分割结果表明,本研究算法能够对3种天气条件(晴天、阴天、雨天)与4种复杂背景(白地膜、黑地膜、秸秆、土壤)特征混合的棉花叶片图像实现准确分割,为棉花叶片的特征提取与病虫害识别等后续处理提供支持。  相似文献   

结合深度学习和引导滤波的苹果叶片图像分割     

郑艳梅  黄光耀  芦碧波  王永茂 《中国农业大学学报》2020,25(9):112-120

针对传统方法对苹果叶片进行图像分割和测量几何形状参数精确度较低的问题,结合基于深度学习和引导滤波技术提出一种新的苹果叶片图像自动分割算法。首先采用深度学习方法,使用BiseNet卷积神经网络对苹果叶片图像进行自动分割,得到苹果叶片主体轮廓;然后使用彩色苹果叶片图像作为引导图像对主体轮廓进行引导滤波处理,以增强边缘锯齿等细节特征信息;最后将主体轮廓与细节特征信息进行联合分割,得到完整、准确的苹果叶片信息。对包含174种8 184张苹果叶片图像数据集进行试验,结果表明苹果叶片分割的精确率达到98.99%,交并比98.82%。利用本研究算法能够真正实现准确、快速测量苹果叶片的面积、周长等参数值,为苹果叶片几何参数的测定提供了一种新的测量方法。  相似文献