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基于改进YOLOv5s的甘薯幼苗期杂草识别及应用

基于改进YOLOv5s的甘薯幼苗期杂草识别及应用

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作者：方媛媛安徽农业大学

学位级别：硕士

中国作为最大的甘薯生产国,甘薯杂草的防治对提升甘薯产量和质量具有重要意义。目前依靠人工识别杂草具有一定的误判性。在数字化农业潮流的驱动下,学者们使用目标检测技术实现杂草的自动识别,但目前大多数研究只考虑了单一背景、单目... 详细信息

中国作为最大的甘薯生产国,甘薯杂草的防治对提升甘薯产量和质量具有重要意义。目前依靠人工识别杂草具有一定的误判性。在数字化农业潮流的驱动下,学者们使用目标检测技术实现杂草的自动识别,但目前大多数研究只考虑了单一背景、单目标的杂草检测,且由于甘薯幼苗与杂草叶片高度相似,在不同天气情况下的农田环境也较为复杂,导致杂草识别精度较低,难以应用在实际农田场景中。针对以上问题,研究一种能够在实际田间环境下实时、准确识别甘薯幼苗及杂草的算法对甘薯田杂草防治具有重要意义。因此,本文基于目标检测算法实现复杂田间环境下对甘薯幼苗期杂草的高精度、实时检测,具体工作如下:(1)构建了甘薯幼苗期杂草数据集。对甘薯幼苗进行全周期记录,并对甘薯幼苗及杂草在不同角度、不同天气情况下进行采集。对图像手工标注后进行归一化处理和图像增强,建立一个包含甘薯幼苗、鸭跖草、铁苋菜、小蓟、凹头苋、牛筋草、宝盖草、马齿苋八种目标的数据集。同时,针对杂草叶片纹理及边缘形状较难识别的问题,引入了限制对比度自适应直方图均衡(CLAHE)图像预处理算法,对纹理及边缘模糊等图像进行对比度增强,突出叶片纹理边缘细节特征。将最终的处理图像按照7:2:1的比例划分为训练集、验证集和测试集。(2)构建一种YOLOv5s-SKS甘薯幼苗期杂草识别算法。本文选择实时性最优、权重文件最小、最适合部署至嵌入式设备的YOLOv5s网络作为基础网络。为了抑制非必要特征干扰信息,提高杂草图像的特征提取能力,在YOLOv5s的主干网络中加入SK注意力模块,解决了杂草与作物之间区分度低和特征损失严重的问题。在此基础上,将模型的回归损失替换成SIo U＿Loss,进一步提高模型性能和网络模型的识别准确率。经过各组试验结果表明:优化前的m AP值为84.3%,优化后YOLOv5s-SKS的m AP值提升至93.2%,FPS为54.6,满足实时性的要求。所提方法对复杂背景下甘薯杂草有较好的检测效果。(3)设计并开发了甘薯幼苗期杂草识别系统。使用YOLOv5s-SKS为核心算法,使用NCNN框架进行模型转换并部署至移动端中。该系统包含图像识别、杂草百科和甘薯生产知识等模块,在对系统进行测试后证明该系统满足高精度和实时性的要求,可为精确施药除草提供参考。

关键词：杂草识别目标检测甘薯幼苗 YOLOv5s 注意力机制

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不同基因型甘薯苗期对盐（氯）胁迫响应及其生理生化与光合特性研究

不同基因型甘薯苗期对盐（氯）胁迫响应及其生理生化与光合特性研...

引用

作者：戚冰洁南京农业大学

学位级别：硕士

盐胁迫对植物生长抑制机理复杂,相同植物不同品种间耐盐性不同。甘薯是主要的粮食、饲料和潜在能源作物,属氯敏感植物。氯是植物的必须营养元素,过量则具有毒害作用。研究不同基因型甘薯幼苗对盐或氯胁迫响应,对农业和大田作物生产应用... 详细信息

盐胁迫对植物生长抑制机理复杂,相同植物不同品种间耐盐性不同。甘薯是主要的粮食、饲料和潜在能源作物,属氯敏感植物。氯是植物的必须营养元素,过量则具有毒害作用。研究不同基因型甘薯幼苗对盐或氯胁迫响应,对农业和大田作物生产应用均具有重要意义。本试验以成熟可靠的氯测定方法为基础,2010年至2012年期间,在江苏农业科学院资源与环境研究所温室内,通过水培方式研究NaCl和不同浓度外源氯处理对甘薯幼苗的生长情况、光合特性、植株内离子积累及养分吸收的动态变化的影响,初步揭示了NaCl、氯胁迫下甘薯幼苗的响应机制。试验结果表明：6个不同基因型甘薯幼苗氯的加标回收率测定结果比较显示,硝酸银滴定法重复性差且存在难以判断滴定终点的问题;紫外分光光度法测定Cl-回收率仅为52.9%-81.4%,且易受样品浸提液颜色影响;自动电位滴定法Cl-回收率为93.9%-105.5%,相对标准偏差(RSD)为0.6%-6.0%,且该方法操作简单、重复性好且精确度高,因此是测定甘薯氯含量的最佳方法。盐胁迫抑制甘薯幼苗的生长,“徐薯18”、“徐薯22"、“浙紫1号”和“阜薯062-20”受影响较轻,盐胁迫下植株大量积累Na+和Cl-,并抑制Ca2+和K+的积累;地上部Na+、Cl-的积累量明显高于根系。NaCl处理下,“阜薯062-20",“浙紫1号”,“徐薯18”甘薯幼苗的K+/Na+略高于“白尾稍”,“烟薯25”,“徐菜1号”;品种间Ca2+/Na+差异不大,但“阜薯062-20",“浙紫1号”,“徐薯18”SCa,Na较高。NaCl处理下,各基因型甘薯幼苗叶片相对含水量(RWC)均维持在75%以上,且品种间差异不大。受盐分影响甘薯幼苗的叶绿素含量指数(CCl)、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和瞬时水分利用率(iWUE)表现出不同程度的降低,CCI与Pn表现较好的品种为“浙紫1号”和“徐薯18”,但“浙紫1号”Gs受盐分影响较大,盐害指数(SSI)为22%;导致“徐薯18”、“川211”和“浙紫1号”光合效率降低的主要因素为气孔限制因素。外源氯胁迫影响甘薯幼苗的生物量、主蔓生长速率、叶面积及NPK累积,“徐薯22”随Cl-浓度升高而逐渐降低,但仍维持在一定水平,“苏薯11”和“宁紫1号”在低浓度Cl-(≤84.4mmol·L-1)处理下高于对照。这三个甘薯品种叶片净光合速率(Pn)在42.2mmol·L-1Cl处理下均高于对照;导致“徐薯22"光合能力降低的主要因素为非气孔限制,“苏薯11”和“宁紫1号”兼有气孔限制和非气孔限制因素,在短期或低浓度Cl-处理条件下以气孔限制因素为主。甘薯在外源氯42.2～168.8mmol·L-1处理下促进叶绿素合成,其中“徐薯22”>“苏薯11”>“宁紫1号”,而MDA含量在外源氯处理下逐渐升高。处理21d时甘薯幼苗根系氯离子含量低于14d且氯离子向地上部运输比率(SCl)上升,说明甘薯在胁迫初期可有效抑制Cl-向地上部转运,但在处理第3周该能力减弱;此外,外源氯低浓度(Cl-≤84.4mmol·L-1)处理21d可提高甘薯幼苗NR活性和NO3-含量,从而提高总N的含量。

关键词：甘薯幼苗盐(氯)胁迫光合特性生理响应离子分布

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