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农业工程学报 2022年第14期38卷 43-50,F0003页

作者：朱学岩张新伟才嘉伟郑一力顾梦梦陈锋军北京林业大学工学院北京100083 城乡生态环境北京实验室北京100083 国家林业局林业装备与自动化国家重点实验室北京100083 智慧林业研究中心北京100083 德州农工大学园艺系卡城77843

自动、准确且快速地统计苗木数量是实现苗圃高效管理的重要基础。针对现有苗木计数方法准确率较低且无法准确统计粘连苗木等问题,该研究提出了一种基于贝叶斯CSRNet模型的云杉计数模型。该模型以对粘连苗木具有良好稳定性的CSRNet模型... 详细信息

自动、准确且快速地统计苗木数量是实现苗圃高效管理的重要基础。针对现有苗木计数方法准确率较低且无法准确统计粘连苗木等问题,该研究提出了一种基于贝叶斯CSRNet模型的云杉计数模型。该模型以对粘连苗木具有良好稳定性的CSRNet模型为基础,引入贝叶斯损失函数,以人工标注的点标签数据作为监督信号。以1176幅云杉图像训练贝叶斯CSRNet模型,并通过166幅测试集云杉图像进行测试。结果表明,贝叶斯CSRNet模型可以准确、快速地统计无人机航拍图像内的云杉,对测试集图像内云杉的平均计数准确率(Mean Counting Accuracy,MCA)、平均绝对误差(Mean Absolute Error,MAE)和均方误差(Mean Square Error,MSE)分别为99.19%、1.42和2.80。单幅云杉图像耗时仅为248 ms,模型大小为62 Mb。对比YOLOv3模型、改进YOLOv3模型、CSRNet模型和贝叶斯CSRNet模型对166幅测试集云杉图像的计数结果,贝叶斯CSRNet模型的MCA分别比YOLOv3模型、改进YOLOv3模型、CSRNet模型高3.43%、1.44%和1.13%;MAE分别低6.8、2.9和1.67;MSE分别低101.74、23.48和8.57。在MCT(Mean Counting Time)和MS(Model Sizel)两项指标上,贝叶斯CSRNet模型与CSRNet模型相同且优于YOLOv3模型和改进YOLOv3模型。贝叶斯CSRNet模型可实现无人机航拍图像内苗木数量的自动、准确、快速统计,为苗木库存智能盘点提供参考。

关键词：无人机模型苗木计数贝叶斯CSRNet CSRNet 粘连苗木云杉

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基于无人机可见光图像的云杉计数方法

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林业工程学报 2021年第4期6卷 140-146页

作者：朱学岩张新伟顾梦梦赵燕东陈锋军北京林业大学工学院北京100083 城乡生态环境北京实验室北京100083 德州农工大学园艺系大学城77843 林业装备与自动化国家林业和草原局重点实验室北京100083

目前苗木计数一般通过传统人工计数的方法完成,工作重复枯燥,主观性强,亟需快速准确的苗木计数替代方法。以无人机航拍的云杉可见光图像为对象,通过深度学习技术研究快速准确的云杉计数方法。利用大疆精灵4无人机拍摄云杉图像,按多样性... 详细信息

目前苗木计数一般通过传统人工计数的方法完成,工作重复枯燥,主观性强,亟需快速准确的苗木计数替代方法。以无人机航拍的云杉可见光图像为对象,通过深度学习技术研究快速准确的云杉计数方法。利用大疆精灵4无人机拍摄云杉图像,按多样性原则选出558幅;通过调整对比度系数和缩放比例系数,模拟不同光照条件和不同长势的云杉,扩充至1 674幅,按照7∶3的比例划分为训练集1 169幅和测试集505幅。在此基础上,根据YOLO v3(You Only Look Once v3)快速准确检测尺寸差异较大目标的优势,构建了YOLOv3云杉计数模型。根据经验设置训练权值衰减、初始学习率和批处理量分别为0.000 5,0.001和64。其中Darknet-53特征提取模块和多尺度预测模块分别提取云杉特征信息和检测云杉目标,检测到的云杉数量即为云杉计数结果。YOLOv3模型的平均计数准确率为90.24%,均方根误差45.82,欠估计、过估计和总误差分别为15.47%,19.25%和34.72%,处理速度0.415 s/幅。对比全卷积神经网络(fully convolutional networks, FCN)分割加Hough圆检测方法,YOLOv3模型平均计数准确率高出2.49%,均方根误差、欠估计、过估计和总误差分别减少29.32,6.7%,5.7%和12.4%。研究结果表明,YOLOv3模型是对计算机视觉角度云杉计数问题的有效探索。

关键词：苗木计数云杉计数深度学习无人机稠密目标 YOLOv3

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