基于改进卷积神经网络的油茶果壳籽分选方法

作     者：段宇飞 孙记委 王焱清 张三强 DUAN Yufei;SUN Jiwei;WANG Yanqing;ZHANG Sanqiang

作者机构：湖北工业大学农机工程研究设计院武汉430068 湖北省农机装备智能化工程技术研究中心武汉430068 

出 版 物：《农业工程学报》 (Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering)

年 卷 期：2023年第39卷第3期

页      面：154-161页

核心收录：

学科分类：0832[工学-食品科学与工程（可授工学、农学学位）] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 083202[工学-粮食、油脂及植物蛋白工程] 0703[理学-化学] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2018YFD0301303) 湖北省重点研发计划项目(2020BBA042) 湖北工业大学科研启动基金项目(BSQD2017076)。 

主　　题：图像处理 自动化 油茶果壳籽 分选 特征融合 优化 卷积神经网络 

摘      要：为了进一步提升油茶果壳籽分选效率,该研究采集油茶果脱壳后经过初步筛分的果壳与茶籽图像,构建壳籽分类图像数据集,以VGG16为基础网络,通过深度可分离卷积模块和全连接层神经元数目优选等方式缩小模型规模,采用跨层特征融合机制与引入指数线性单元(exponential linear units,ELU)激活函数优化网络结构,提出一种适用于油茶果壳籽分选的卷积神经网络模型。结果表明,跨层特征融合机制加强了深层网络特征的有效信息表达能力,相比于未融合时的模型精度得到了明显提升,并且三次跨层特征融合总体优于一次与二次融合方式。ELU激活函数加快了模型收敛速度,同时缓解了梯度爆炸,提高了模型鲁棒性。当全连接层神经元个数减少为128时模型得到进一步压缩,并且拟合程度较好。改进模型在油茶果壳籽图像分类上的验证集准确率为98.78%,模型的占存仅需8.41MB,与未改进的VGG16模型相比,准确率提高了0.84个百分点,模型占存减少了519.38MB,并且改进模型的性能相比于AlexNet、ResNet50与MobileNet_V2等其他网络更具优势,同时在测试试验中该模型分选准确率达到了98.28%,平均检测时间为85.06 ms,满足油茶果的壳籽在线快速分选要求。该研究提出的改进卷积神经网络模型具有较高的准确率与较强的泛化能力,可为深度学习运用于油茶果壳籽实时分选提供理论参考。