针对田间密植环境棉花精准打顶时,棉花顶芽因其小体积特性所带来识别困难问题,该研究提出一种改进型快速区域卷积神经网络(Faster Region Convolutional Neural Networks,Faster R-CNN)目标检测算法实现大田环境棉花顶芽识别.以Faster R-CNN为基础框架,使用RegNetX-6.4GF作为主干网络,以提高图像特征获取性能.将特征金字塔网络(Feature Pyramid Network,FPN)和导向锚框定位(Guided Anchoring,GA)机制相融合,实现锚框(Anchor)动态自适应生成.通过融合动态区域卷积神经网络(Dynamic Region Convolutional Neural Networks,Dynamic R-CNN),实现训练阶段检测模型自适应候选区域(Proposal)分布的动态变化.最后在目标候选区域(Region of Interest,ROI)中引入目标候选区域提取器(Generic ROI Extractor,GROIE)提高图像特征融合能力.采集自然环境下7种不同棉花总计4819张图片,建立微软常见物体图像识别库2017(Microsoft Common Objects in Context 2017,MS COCO 2017)格式的棉花顶芽图片数据集进行试验.结果表明,该研究提出方法的平均准确率均值(Mean Average Precision,MAP)为98.1％,模型的处理帧速(Frames Per Second,FPS)为10.3帧/s.其MAP在交并比(Intersection Over Union,IOU)为0.5时较Faster R-CNN、RetinaNet、Cascade R-CNN和RepPoints网络分别提高7.3％、78.9％、10.1％和8.3％.该研究算法在田间对于棉花顶芽识别具有较高的鲁棒性和精确度,为棉花精准打顶作业奠定基础.
Recognition of cotton terminal bud in field using improved Faster R-CNN by integrating dynamic mechanism
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