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基于實(shí)例分割和邊緣注意力機(jī)制的蘋果表型特征提取框架


發(fā)布時(shí)間:

2025-05-04

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本文提出了一種基于深度學(xué)習(xí)和自然語(yǔ)言處理技術(shù)的蘋果表型特征提取及生長(zhǎng)異常識(shí)別方法,旨在提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中蘋果質(zhì)量檢測(cè)和異常預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。該方法結(jié)合了實(shí)例分割、邊緣感知機(jī)制、注意力機(jī)制和多模態(tài)數(shù)據(jù)融合,能夠精確提取蘋果的表型特征,如形狀、顏色和表面狀態(tài),同時(shí)識(shí)別在生長(zhǎng)過(guò)程中可能出現(xiàn)的潛在異常。具體而言,邊緣變換器分割網(wǎng)絡(luò)將深度卷積網(wǎng)絡(luò)(CNN)與Transformer架構(gòu)相結(jié)合,增強(qiáng)了特征提取和建模圖像不同區(qū)域之間的長(zhǎng)距離依賴關(guān)系。邊緣感知機(jī)制通過(guò)關(guān)注蘋果的邊界區(qū)域,特別是在復(fù)雜形狀或表面損傷的情況,改善了分割精度。此外,自然語(yǔ)言處理(NLP)模塊分析農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的知識(shí),如種植記錄和氣象數(shù)據(jù),為生長(zhǎng)異常的潛在原因提供見解,并使得異常預(yù)測(cè)更加精準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所提方法在多個(gè)指標(biāo)上顯著優(yōu)于傳統(tǒng)模型。具體來(lái)說(shuō),在蘋果表型特征提取任務(wù)中,模型表現(xiàn)出色,準(zhǔn)確率為0.95,召回率為0.91,精確率為0.93,平均交并比(mIoU)為0.92。此外,在生長(zhǎng)異常識(shí)別任務(wù)中,模型同樣表現(xiàn)優(yōu)異,精確率為0.93,召回率為0.90,準(zhǔn)確率為0.91,mIoU為0.89,進(jìn)一步驗(yàn)證了其在處理復(fù)雜生長(zhǎng)異常場(chǎng)景中的效率和魯棒性。該方法將圖像數(shù)據(jù)與農(nóng)業(yè)知識(shí)相結(jié)合,提供了蘋果質(zhì)量檢測(cè)和生長(zhǎng)異常預(yù)測(cè)的綜合方法,為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了可靠的決策支持。

  

圖1 圖像采集場(chǎng)景和示例。

  

圖2  數(shù)據(jù)預(yù)處理:(A) 原始圖像,(B) 水平翻轉(zhuǎn),(C) 透視變換,(D) 旋轉(zhuǎn),(E) 平移,(F) 中心裁剪。

 

  圖3 所提方法的整體流程圖,其中農(nóng)業(yè)知識(shí)數(shù)據(jù)塊整合了特定領(lǐng)域的農(nóng)業(yè)知識(shí),以提升模型性能和決策能力。

  

圖4 邊緣變換器分割網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)。

  

圖5 邊緣注意力機(jī)制的流程圖。

 
來(lái) 源

Wang Z, Cui W, Huang C, et al. Framework for Apple Phenotype Feature Extraction Using Instance Segmentation and Edge Attention Mechanism[J]. Agriculture, 2025, 15(3): 305.

 https://doi.org/10.3390/agriculture15030305

 

編輯

王永賢

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