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FACNet:一種高精度南瓜幼苗點云器官分割方法


發(fā)布時間:

2025-05-03

來源:

作者:

準(zhǔn)確分割南瓜苗點云中的植物器官對于自動化植物表型分析至關(guān)重要,同時也是提高栽培效率和優(yōu)化育種策略的關(guān)鍵。南瓜苗點云中器官的分割面臨著葉片重疊、莖葉邊界不清晰以及葉片和莖的形態(tài)多樣性等挑戰(zhàn)。為解決這些問題,本文提出了一種高精度南瓜苗點云器官分割網(wǎng)絡(luò),并首次構(gòu)建了南瓜苗點云器官分割的標(biāo)注數(shù)據(jù)集。首先,為了應(yīng)對葉片重疊和莖葉邊界模糊帶來的困難,我們提出了融合雙線性特征提取器(FBFE)。該方法通過雙線性操作結(jié)合局部和全局特征,精確捕捉重疊葉片和莖葉交界處的微小特征差異。其次,為了解決葉片和莖之間形態(tài)多樣性的問題,我們引入了自適應(yīng)多尺度特征融合模塊(AMSF)。該模塊能夠在不同尺度上自動調(diào)整特征融合策略,有效整合不同層次的信息,增強(qiáng)模型處理形態(tài)多樣性和捕捉細(xì)節(jié)的能力。最后,我們提出了切比雪夫粒子雪崩優(yōu)化器(CPSAO)來優(yōu)化學(xué)習(xí)率,從而提高模型的收斂速度和分割精度。實驗結(jié)果表明,F(xiàn)ACNet在南瓜苗點云分割數(shù)據(jù)集上的mIoU達(dá)到95.06%、mPrec為96.87%、mRec為98.02%、mF1為97.44%。與常見的點云分割模型相比,F(xiàn)ACNet在南瓜苗點云器官分割中展現(xiàn)了更高的精度和穩(wěn)定性。

  

圖1 數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場。

 

  圖2  南瓜苗點云數(shù)據(jù)集。第a行:葉片遮擋。第b行:莖葉邊界模糊。第c行:形態(tài)變化。第d行:復(fù)雜背景。

 

 圖3 FACNet結(jié)構(gòu)。

 

 圖4 訓(xùn)練過程中mIoU值變化曲線。

 

  圖5 k折交叉驗證結(jié)果。

 

  圖6 實際應(yīng)用工作流程。(a) 點云數(shù)據(jù)采集模塊:使用RVC-X-mini 3D相機(jī)采集南瓜苗的原始點云數(shù)據(jù)。(b) 點云數(shù)據(jù)處理模塊:包括點云數(shù)據(jù)的預(yù)處理以及模型特征提取的關(guān)鍵步驟。(c) 上位機(jī):作為中央處理單元,負(fù)責(zé)系統(tǒng)控制和分割結(jié)果的可視化。

  

圖7 實際應(yīng)用的可視化結(jié)果。

 
來 源

Liu Z, Zhao J, Hu Y, et al. FACNet: A high-precision pumpkin seedling point cloud organ segmentation method[J]. Computers and Electronics in Agriculture, 2025, 231: 110049.

 https://doi.org/10.1016/j.compag.2025.110049

 

編輯

王永賢

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