基于改进YOLOv7-seg的黄花菜检测与分割方法

作     者：姚涛 谈志鹏 程娥 吴利刚 YAO Tao;TAN Zhipeng;CHENG E;WU Ligang

作者机构：山西大同大学机电工程学院大同037003 河北工业大学机械工程学院天津300130 

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

年 卷 期：2024年第40卷第9期

页      面：146-153页

核心收录：

学科分类：082804[工学-农业电气化与自动化] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(No.51775166) 大同市科技计划项目(2023015) 

主　　题：图像处理 机器视觉 目标检测 深度学习 YOLOv7 实例分割 黄花菜 

摘      要：目标检测与分割是实现黄花菜智能化采摘的关键技术,原始目标检测算法容易出现漏检、误检等问题,无法满足自然环境下生长的黄花菜采摘要求。该研究提出一种基于改进YOLOv7-seg的黄花菜目标检测与实例分割算法模型(YOLO-Daylily)。通过在YOLOv7-seg骨干网络(backbone)中引入CBAM(convolutional block attention module)注意力机制模块,降低背景等干扰因素的影响;在ELAN(efficient layer aggregation networks)模块中采用PConv(partial convolution)替换原有的3×3卷积层,减少冗余计算和内存访问,提升对目标黄花菜特征提取的能力。颈部网络(neck)采用坐标卷积(CoordConv)替换PA-FPN(path aggregation-feature pyramid networks)中1×1卷积层,增强模型对位置的感知,提高掩膜(mask)鲁棒性。在改进的PA-FPN结构中采用残差连接方法将浅层特征图几何信息与深层特征图语义信息特征相结合,提高模型对目标黄花菜的检测分割性能。消融试验表明:改进后的模型检测准确率、召回率和平均精度分别达到92%、86.5%、93%,相比YOLOv7-seg基线模型分别提升2.5、2.3、2.7个百分点;分割准确率、召回率和平均精度分别达到92%、86.7%、93.5%,比基线模型分别提升0.2、3.5、3个百分点。与Mask R-CNN、SOLOv2、YOLOV5-seg、YOLOv5x-seg算法相比,平均精度分别提升8.4、12.7、4.8、5.4个百分点。改进后的模型减少了漏检、误检等情况,对目标定位更加精准,为后续黄花菜智能化采摘实际应用提供理论支持。