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[期刊] 实验技术与管理
[作者]
高云茜 邓三鹏
为实现草莓采摘机器人在温室中对草莓的快速、精确检测，该文提出一种yolov5-en算法。在原有yolov5基础上，首先对原始主干网络卷积操作并加入CBAM模块；其次，引入BiFPN模块进行多尺度特征融合；然后，使用直方图均化算法和Mosaic数据增强进行目标检测数据预处理；最后，优化K-means算法对训练数据集聚类分析，同时使用Focal loss损失函数构建yolov5-en目标检测网络。通过对比试验得出：与yolov5、Faster-RCNN ResNet101和Faster-RCNN VGG16模型相比，yolov5-en的mAP分别提升了3.41%、17.85%和14.40%，可达94.36%。通过采摘机器人模拟环境检测验证了该模型的可行性，且达到了应用水平，可为采摘机器人实时小目标检测提供支撑。
[期刊] 中国农业大学学报
[作者]
张铁中 陈利兵 宋健
成熟草莓果实重心和采摘点的确定是草莓采摘机器人采摘收获作业中的关键问题。采用LRCD (lumi nanceandredcolordifference)方法分割草莓图像。在RGB色彩模型中 ,求得图像中每个像素的色差 ,在灰度图像中显示以色差值为灰度值的色差图像 ,取合适的阈值对该图像二值化 ,得到分割后的草莓图像 ;提取分割后草莓图像的几何特征 ,从而确定草莓的重心位置和采摘点。采用本文所述的机器人视觉系统 (CCD成像像素 75 3× 5 82 ,像素中心距 10 μm× 10 μm)的试验结果表明 ,其采摘点位置误差
关键词：
草莓收获 机器人 LRCD变换 色差
[期刊] 中国农业大学学报
[作者]
张铁中 周天娟
草莓成熟度和空间位置的识别是草莓采摘机器人研究的重要环节 ,解决此问题必须首先对采集的草莓图像进行分割。采用三层BP神经网络 ,通过分析选取 3× 3邻域像素的H通道值作为草莓图像的特征 ;选取HSV模型中与亮度无关的通道以排除图像的明暗对分割效果的影响 ;采用单通道以缩短图像处理时间。选取 2 0幅图像作为训练样本 ,以人工借助Photoshop软件分割后的图像作为教师信号 ,采用BP算法对神经网络的权值进行训练。经过 10 0次循环后 (误差为 0 0 0 1) ,获得了有效的网络权值。试验结果表明 ,利用BP神经网络能较好地实现成熟草莓果实与背景的分离 ,经过提取大区域和腐蚀、膨胀等算...
关键词：
BP神经网络 草莓 图像分割 特征
[期刊] 南京农业大学学报
[作者]
张晖耀 黄力湘 陈继清 刘睿 苏子龙 银庆刚 黄敬炎 桂友强 李家鑫
[目的]本文旨在提高机械自动化设备进行草莓采摘时的草莓成熟度检测精度。[方法]针对草莓采摘过程中因枝叶遮挡、检测目标小、同级成熟度果皮纹理特征差异导致成熟度检测精度低的问题，提出一种草莓成熟度检测模型—YOLOv5s-SCW。本模型通过在Backbone中融合Swin Transformer Block，加强相同成熟度草莓果皮纹理特征融合，显著减少模型的参数量；在Neck中采用CA（Coordinate Attention ）注意力机制，引入空间坐标信息，提高模型检测精度；采用Wise-IoU（WIoU）损失函数替换CIoU损失函数，动态调整目标权重，提高模型的检测性能。最后基于草莓数据集进行试验，验证改进模型的性能。[结果]相较于标准YOLOv5s模型，YOLOv5s-SCW模型在精确率、召回率和平均精度均值（mAP）方面分别提升了4.9%、5.6%和4.9%，达到了91.3%、90.6%和95.7%。不同成熟度草莓的平均检测精度（高、中、低）分别为97.1%、93.7%和96.3%，平均检测时间为10.8毫秒，模型参数量为4.84 M。[结论]本研究基于YOLOv5s提出的YOLOv5s-SCW模型显著提高了模型在自然环境下识别不同成熟度草莓的能力，大幅降低了模型的参数量，实现了轻量化，满足农业过程中进行实际草莓采摘的需求。
关键词：
草莓 YOLOv5s 成熟度检测 轻量化
[期刊] 中国农业大学学报
[作者]
周天娟 张铁中 杨丽
为解决强光照射导致的草莓图像分割后的内部孔洞问题,采用扫描线填充算法对孔洞进行填充。首先提取图像中整个草莓果实区域的轮廓线,在分析水平扫描线和区域轮廓线相交的各种可能性后,快速求取扫描线和轮廓线的交点,然后进行交点配对和区域填充,通过对整个草莓果实区域的填充实现孔洞填充。对150幅有孔洞的草莓图像进行填充试验,结果表明,采用该算法可以填充目标图像中的所有孔洞,填充准确率为100%,填充效果与孔洞位置、大小、数量等因素无关。与其他填充算法相比,该算法流程简单,复杂度低,填充结果准确可靠,可推广进行其他图像孔洞的填充。
[期刊] 南京农业大学学报
[作者]
邢梦珂 孙柯 赵楠 潘磊庆 屠康
[目的]本文旨在研发一款用于草莓损伤检测的专用电子鼻系统。[方法]该系统主要包含软、硬件两大部分,其中硬件部分包含由6个金属氧化物传感器(MOS)构成的传感器阵列、密闭气室、采集电路及洗气净化装置;软件部分则分为数据采集模块和数据分析及模式判别模块。以‘红颜’草莓品种为研究对象,静态提取草莓果实的顶部空气,传感器接触敏感气体分子产生电信号,经模数转换成数值输送至电脑(PC)端后,由数据分析及模式判别模块对试验数据进行预处理、特征提取及模式识别,最终根据所建模型获得判别结果,从而实现对损伤果实的正确识别。[结果]该系统实现了电子鼻小型化、便携式的设计。传感器均对草莓的挥发性气味有不同的响应信号,且损伤草莓与完好草莓的挥发性气味存在差异,表现出不同的"指纹图谱"。利用支持向量机(SVM)方法对损伤草莓进行建模,验证试验表明,该模型具有较好的适用性,其判别准确率为92.5%。[结论]研发的电子鼻系统简易、便携,所建立的草莓损伤检测模型具有较高的识别率,对损伤草莓的区分具有可行性,同时也为草莓损伤的检测提供了一种小型化无损检测装置。
关键词：
电子鼻 草莓 损伤 检测系统
[期刊] 中国农业大学学报
[作者]
侯圣凡 刘峻杰 李小峰 王红清
为快速鉴定Fusarium oxysporumf.sp.fragariae(Fof)引起的草莓枯萎病,主要采用环介导等温扩增技术(Loop-mediated isothermal amplification,LAMP)建立了Fof的快速检测体系,使用组织分离法和PCR法对LAMP技术辅佐验证。结果表明:25μL体系中添加Buffer 2.50μL、Mg~(2+)(100 mmol/L)0.25μL、dNTPs(10mmol/L)1.00μL、FIP和BIP(20μmol/L)各1.00μL、F3和B3(10μmol/L)各0.50μL、LoopF(10μmol/L)0.75μL、Bst DNA聚合酶(8U/μL)0.50μL、Betaine(5mol/L)1.00μL、DNA模板1.00μL和ddH_2O 15.00μL,反应结束后添加0.40μL的SYBR Green Ⅰ染料为最佳反应体系;该体系最适反应温度为62.9℃,最佳反应时间为60min;特异性试验表明该体系能从16种草莓常见病原菌中特异性检测出Fof,最低检出限为45pg/μL,比常规PCR检测效率高;随机抽取田间病害样品16株,采用LAMP体系检测罹病草莓根茎中的病原菌,其中12株感病草莓的病原菌为Fof,使用组织分离法和PCR法验证了LAMP检测结果的准确性;传统病原菌鉴定耗时约5～7d,而LAMP检测1d内便可完成。综上,本研究建立的LAMP检测体系为Fof准确快速检测及实际应用奠定了基础。
[期刊] 华中农业大学学报
[作者]
陈仁凡 谢知 林晨
为解决温室环境下草莓果实快速准确识别问题，提出一种基于改进YOLOv5s的草莓成熟度检测方法。在主干中引入Shuffle＿Block作为特征提取网络，从而实现模型轻量化。同时，在颈部结构中使用全维度动态卷积模块（omni-dimensional dynamic convolution, ODConv），以提高网络对草莓目标的信息挖掘能力，降低计算量，并进一步实现轻量化。结果显示，改进后的YOLO-ODM(YOLO with ODConv module)模型的平均精度均值达97.4%，模型体积是7.79 Mb，在GPU上的单张平均检测时间仅11 ms，浮点运算量为6.9×10~9。与原网络相比，轻量化的YOLO-ODM方法在提高检测精度的同时，模型大小缩减43%，浮点运算量降低52%。以上结果表明，该轻量化方法可快速准确地对温室环境下草莓果实的成熟度进行检测，实现草莓的生长状态监测。
[期刊] 海洋渔业
[作者]
陈子文 李卓璐 杨志鹏 何佳琦 曹立杰 蔡克卫 王其华
为解决传统人工计数存在效率低、成本高、对虾有损伤等问题，本文提出一种基于YOLOv5框架的养殖虾目标检测方法。利用高清摄像机采集高分辨率虾的图像数据样本，并针对高分辨率图像训练集设计自适应图片裁切预处理算法，通过将训练集进行自适应裁切，扩增训练数据量，减少原始图像训练过程中细节特征损失，提升目标检测准确度。实验结果表明：本文所提方法可以实现少量高分辨率图像下养殖虾的准确识别与计数，采用该算法对图像样本进行预处理，相比于原始数据集训练所得检测模型，在相同运算硬件条件下，具有更高的检测准确率，识别准确率为92.55%，召回率为98.78%，平均精度均值为97.5%。
[期刊] 福建农林大学学报(自然科学版)
[作者]
袁红春 白宝来 陶磊
【目的】提出一种基于改进YOLOv5＿OBB的旋转目标检测方法，快速、准确地检测和定位中华绒螯蟹。【方法】首先，在YOLOv5＿OBB的主干网络中引入高效通道注意模块；其次，采用BiFPN网络结构进行特征融合模块设计，实现高效的双向跨尺度连接和加权特征融合；最后，采用变焦损失(varifocal loss)解决正负样本不均衡问题。【结果】改进后YOLOv5＿OBB模型的P(precision)、R(recall)和mAP(mean average precision)分别达到95.4%、95.2%和90.1%,比原模型分别提高了1.0%、1.9%和1.3%。【结论】该模型能够实时、准确地检测和定位中华绒螯蟹，实现自动化养殖。
[期刊] 中国农业大学学报
[作者]
张铁中 林宝龙 高锐
在田间对作物的果实图像进行实时、准确地目标识别提取 ,是采摘机器人视觉系统的关键技术 ,而目标提取的实质是图像分割。大部分水 (蔬 )果处于采摘期时 ,表面颜色与背景颜色存在较大差异 ,而同一品种果实表面颜色相近 ,体现为在色彩空间果实表面颜色和背景颜色存在着不同的分布特性。根据这一特性 ,提出了一种基于色彩空间参照表的适用于水果采摘机器人视觉系统果实目标提取的图像分割算法。该算法先由果实样本图像建立色彩空间参照表 ,再根据色彩空间参照表采用一种类似于“卷积”的方法进行图像分割。与现有其他方法比较 ,本方法基于彩色的信息处理 ,可将背景除去得更干净 ;对背景不做分割处理、无复杂运算 ,有利于机...
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
颜兵兵 牛昊维 刘启生 郭士清
文章以果实采摘为研究背景,基于ROS机器人仿真平台提出了一个橘类果实采摘机器人系统设计实验教学方案。使用SolidWorks软件建立6自由度机械臂三维实体模型,借助插件生成URDF文件,并在ROS环境中通过MoveIt!配置了机械臂运动学参数,使用Rviz实现了机械臂运动仿真可视化。基于果实颜色特征和霍夫变换原理,提取果实轮廓以获取果实圆心坐标,采用Realsense D415深度相机获取果实深度信息,从而获得相机坐标系下果实的位置。采用串口通信方式及舵机数据传输协议,构建了机械臂运动控制的信息交互通道;基于ROS节点与话题机制,构建了机械臂运动规划架构;基于采样算法进行IK求解,实现了果实采摘机器人运动规划仿真与控制的同步。
[期刊] 中南林业科技大学学报
[作者]
高自成 李立君 王朋辉 祝强 罗玉坤
油茶是一种重要的油料树种。随着我国油茶种植面积的增长，油茶果机械化与自动化采收成为人们关注的热点问题。本文论述了油茶果采摘机器人采摘头的结构设计，并利用Ｉｎｖｅｎｔｏｒ软件对采摘头进行了力学仿真和关键零件有限元分析试验。试验结果表明，最大应力值随振幅和频率增大而增大；振动频率对采摘头关键零件最大应力值影响较大，短连杆和曲柄最大应力值最高，但仍小于材料的屈服强度，结合采摘头现场工作试验，验证了油茶果采摘机器人采摘头的可行性和安全性。
[期刊] 中国农业科学
[作者]
杨洪一 李丽丽 代红艳 张志宏
【目的】明确草莓斑驳病毒(Strawberry mottle virus,SMoV)的分子变异特点;探索利用嵌套PCR和转录增强技术检测SMoV的方法。【方法】利用RT-PCR扩增SMoV3′非编码区(non-coding region,NCR)和大外壳蛋白(large coat protein,LCP)基因特异片段,并对扩增产物进行克隆测序。利用生物信息学软件分析不同地区分离物变异特点及系统发育关系。参考测序结果,在SMoV基因组保守区设计引物,利用嵌套PCR和转录增强技术检测SMoV。【结果】获得了SMoV中国分离物的NCR区和部分LCP基因核酸序列,不同分离物部分LCP基因核酸序列同源性...
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