基于知识蒸馏和轻量级卷积神经网络的植物叶病识别研究
2024-03-07分类号:TP183;S432;TP391.41
【部门】河南科技大学农业装备工程学院 西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室
【摘要】[目的]快速、准确识别植物病害并及时防护是保障作物产量的重要措施。针对现有植物病害识别方法模型参数大、田间复杂背景下识别准确率低的问题,本研究提出一种基于改进ShuffleNetV2的轻量化植物叶病识别模型LWCR-Net(Lightweight Crop Recognition Network)。[方法]首先,在基本特征提取模块中引入残差连接,解决梯度消失问题,使模型能够学习到更复杂的特征表示;然后,引入了CBAM(Convolutional Block Attention Module)注意力机制模块,以增强特征提取和模型利用能力;最后,采用DenseNet121作为教师模型,LWCR-Net作为学生模型,并利用知识蒸馏策略对模型进行训练,以进一步提升模型性能。[结果]试验结果表明,轻量化植物叶病识别模型LWCR-Net的模型大小为2.44 MB;F1值和准确率分别为95.49%和96.16%,较原模型提高了4.89%和3.96%。与DenseNet121、ResNet34、MobileNetV3等其他经典网络对比,LWCR-Net模型不仅达到了较高的识别准确率,且模型参数量较少。[结论]该研究提出的LWCR-Net模型能够实现在田间复杂背景下对植物叶病的准确识别,且模型所需内存较小,方便部署到移动端,为植物叶病智能诊断提供参考。
【关键词】复杂背景 植物 ShuffleNetV2 残差连接 CBAM注意力机制 知识蒸馏
【基金】国家自然科学基金项目(52379039,52069016);; 河南省科技特派员项目(2023年度);; 河南科技大学青年骨干教师项目(13450001)
【所属期刊栏目】南京农业大学学报
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