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基于改进ConvNeXt模型的黄羽鸡表皮层黑色素智能分级方法

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农业工程学报 2024年第3期40卷 165-174页

作者：肖德琴陈芳玲刘又夫谢青梅张新珩华南农业大学农业农村部华南热带智慧农业技术重点实验室广州510642 华南农业大学数学与信息学院广州510642 华南农业大学动物科学学院广州510642

为解决活体黄羽鸡表皮层黑色素分级方法成本高、效率低下、分级环境易受环境光干扰等问题,该研究探索一种基于ConvNeXt模型的黄羽鸡表皮层黑色素智能分级方法ConvNeXt-WPCA,用于实现活体黄羽鸡表皮层黑色素智能分级。ConvNeXt-WPCA模型... 详细信息

为解决活体黄羽鸡表皮层黑色素分级方法成本高、效率低下、分级环境易受环境光干扰等问题,该研究探索一种基于ConvNeXt模型的黄羽鸡表皮层黑色素智能分级方法ConvNeXt-WPCA,用于实现活体黄羽鸡表皮层黑色素智能分级。ConvNeXt-WPCA模型通过以下3点改进提高模型对黄羽鸡黑色素的识别效果:1)针对黄羽鸡黑色素图像RGB三通道内黑色素信息分布不均衡问题,改变输入图片通道权重来增强模型对黑色素特征的提取能力;2)使用部分卷积代替深度可分离卷积,减少模型计算量和内存访问次数提高对计算资源的利用率;3)引入坐标注意力机制,引导模型关注黄羽鸡胸腹部及肛门附近皮肤提升模型精度。同时,该研究还设计一种双光源图像获取装置,分别在自然光和偏振光条件下拍摄黄羽鸡样本,以减小分级结果受环境光干扰的影响,并探索偏振光在黑色素分级任务中的应用潜力。结果表明ConvNeXt-WPCA模型相较标准ConvNeXt模型,针对自然光下黄羽鸡黑色素图像数据集分级准确率提升9.68个百分点,最终达到89.03%的识别准确率,针对偏振光下黄羽鸡黑色素图像数据集分级准确率提升15.26个百分点,最终达到98.87%的识别准确率。该研究证实基于偏振光条件获取的黄羽鸡表皮层黑色素图像分级效果优于自然光条件,提出的ConvNeXt-WPCA黄羽鸡表皮层黑色素分级方法识别准确率高,同时模型参数量及浮点计算量均有降低,为黄羽鸡表皮层黑色素智能分级实际应用提供了理论基础及技术支持。

关键词：模型深度学习注意力机制黄羽鸡 ConvNeXt 品质分级偏振光

基于神经辐射场的RGB图像点云重建多肉植物及尺寸测量研究

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农业机械学报 2024年第9期55卷 316-326页

作者：尹令陈招达蓝善贵杨杰张素敏黄琼华南农业大学数学与信息学院华南农业大学国家生猪种业工程技术研究中心华南农业大学动物科学学院华南农业大学猪禽种业全国重点实验室

以多肉植物盆栽为研究对象，使用手持式RGB相机采集11个多肉植物盆栽的视频数据，通过将视频转换为图像帧、选取优质清晰图像帧、计算相机位姿得到含丰富信息的RGB图像数据。提出一种改进神经辐射场的多肉植物三维重建方法，根据实际场... 详细信息

以多肉植物盆栽为研究对象，使用手持式RGB相机采集11个多肉植物盆栽的视频数据，通过将视频转换为图像帧、选取优质清晰图像帧、计算相机位姿得到含丰富信息的RGB图像数据。提出一种改进神经辐射场的多肉植物三维重建方法，根据实际场景提出新的射线采样策略，同时引入改进的图像修复模块与隐式模型重建点云方法，并根据点云重建结果提取多肉植株的叶片数、株高、冠围、凸包体积、叶长、叶宽和叶色共7个表型参数。最后选取具有代表性、易测量的叶片数、株高、冠围、叶长和叶宽5个表型参数进行精度评估与误差原因分析，平均绝对百分比误差（MAPE）分别为2.32%、3.95%、4.95%、5.59%和9.55%,均方根误差（RMSE）分别为0.86片和1.95、17.54、1.87、1.27 mm,决定系数（R2）分别为0.99、0.99、0.86、0.91和0.89。精度评估结果表明，所提取的表型参数能够准确、高效地反映多肉植株生长状态，充分发挥RGB图像新视角合成技术、图像处理技术与三维点云重建技术的优势，实现多肉植株盆栽的表型参数高精度、非破坏性提取，能够为多肉植物的种植和养育以及为非固定、多视角的RGB数据获取研究提供重要的技术支持。

关键词：神经辐射场三维重建多肉植物尺寸测量植物表型 RGB图像

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双排交替齿形筛菠萝输送机构设计与试验

农业工程学报 2024年第15期40卷 11-21页

作者：刘天湖陈思远杨国柱张锦翀曾雲芳孙伟龙陈嘉鹏刘舒阳华南农业大学工程学院广州510642 华南农业大学农学院广州510642

针对拨杆喂入式菠萝采收机所存在采摘后的菠萝果实在输送过程中容易堵塞、堆积,并在接果板与挡板输送链之间的间隙中挤压损坏导致的输送成功率低、输送损伤率较高的问题,该研究设计了一种双排交替齿形筛输送机构作为输送过程中的缓冲过... 详细信息

针对拨杆喂入式菠萝采收机所存在采摘后的菠萝果实在输送过程中容易堵塞、堆积,并在接果板与挡板输送链之间的间隙中挤压损坏导致的输送成功率低、输送损伤率较高的问题,该研究设计了一种双排交替齿形筛输送机构作为输送过程中的缓冲过渡机构。阐述了双排交替齿形筛输送机构工作机理,并根据运动特点确定了其结构参数,如杆件长度和角度、齿形筛板排列间距等。建立齿形筛板各齿端的运动方程和菠萝果实与齿形筛板的接触力学模型,求解了菠萝果实临界碰撞损伤及临界输送弹跳时双排交替齿形筛输送机构转轴的工作角速度分别为23.13和10.56 rad/s,并确定了接果板倾角、采摘装置转轴转速和输送机构转轴转速为影响该输送机构输送效果的3个主要参数。将这3个参数作为试验因素,以果实输送成功率和果实滞留数作为试验指标,依据Box-Behnken试验原理开展了三因素三水平台架试验,建立了试验指标与各影响因素之间的回归模型,并利用回归模型求得了最优参数组合。田间试验结果表明,接果板倾角为14°、采摘装置转轴转速为27 r/min、输送装置转轴转速为70 r/min时果实平均输送成功率为94.87%、平均果实滞留数为2个,输送作业过程中均无果实受损,可满足菠萝果实输送工作需求,提高菠萝果实采收效率。

关键词：农业机械收获输送机构菠萝试验

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WPI和WPI-EGCG构建姜黄素纳米乳液的体外消化差异

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食品科学 2024年第1期45卷 1-7页

作者：李艳新陈立莹李雁解新安李璐华南农业大学食品学院广东广州510642

选择接枝率为3%和4%的乳清分离蛋白(whey protein isolate,WPI)-表没食子儿茶素没食子酸酯((-)-epigallocatechin-3-gallate,EGCG)接枝物为乳化剂构建姜黄素纳米乳液,探究纳米乳液体外模拟消化过程中游离脂肪酸(free fat acid,FFA)释放... 详细信息

选择接枝率为3%和4%的乳清分离蛋白(whey protein isolate,WPI)-表没食子儿茶素没食子酸酯((-)-epigallocatechin-3-gallate,EGCG)接枝物为乳化剂构建姜黄素纳米乳液,探究纳米乳液体外模拟消化过程中游离脂肪酸(free fat acid,FFA)释放和消化特性的差异。结果表明,EGCG的结合可能导致WPI分子结构的展开;与WPI相比,WPI-EGCG稳定乳液的界面膜厚度增加了31.6 nm。WPI-EGCG接枝物稳定的乳液的粒径分散度和平均粒径较小,形成的纳米乳液更加稳定,可以更好地促进脂质消化。4%WPI-EGCG稳定的纳米乳液在肠消化120 min后的最终FFA释放率达到85.13%。并且接枝还提高了系统中封装的姜黄素的生物可及性。

关键词：乳清分离蛋白-表没食子儿茶素没食子酸酯接枝物纳米乳液体外消化游离脂肪酸释放

南极磷虾磷脂体外抗氧化活性评价及对秀丽隐杆线虫抗衰老作用

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食品科学 2024年第15期45卷 118-126页

作者：简沛仪冯铭希陈榕汤磊郑锦銮赵力超华南农业大学食品学院广东广州510642

为探究南极磷虾磷脂抗氧化、抗衰老的作用及机制,以1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基清除率、2,2’-联氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)阳离子自由基清除率和Fe3+还原力为指标,评价磷虾磷脂的体外抗氧化能力;以秀丽隐杆线虫(线虫)为模型,研... 详细信息

为探究南极磷虾磷脂抗氧化、抗衰老的作用及机制,以1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基清除率、2,2’-联氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)阳离子自由基清除率和Fe3+还原力为指标,评价磷虾磷脂的体外抗氧化能力;以秀丽隐杆线虫(线虫)为模型,研究不同质量浓度的磷虾磷脂对线虫寿命、吞咽频率、头部摆动次数、急性氧化应激、热应激、活性氧水平、体内抗氧化能力和衰老相关基因表达水平的影响。结果表明,磷虾磷脂具有良好的体外抗氧化能力,且优于大豆磷脂;与对照组相比,各质量浓度的磷虾磷脂均可延长线虫寿命,提高吞咽频率和运动能力,增强线虫的应激抵抗能力,并且中、高质量浓度磷虾磷脂能极显著提高超氧化物歧化酶和过氧化氢酶的活力(P<0.01),显著增加谷胱甘肽的含量(P<0.05),极显著降低丙二醛含量和活性氧水平(P<0.01);此外,磷虾磷脂通过激活DAF-16、SKN-1和HSF-1转录因子并上调其下游抗氧化基因和解毒基因的表达,延长线虫的寿命。综上,磷虾磷脂具有良好的体内外抗氧化能力,能够延缓线虫衰老,可作为抗氧化、抗衰老的功能性食品。

关键词：南极磷虾磷脂秀丽隐杆线虫抗氧化抗衰老

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自适应振动式稻田株间柔性机械除草性能试验

吉林大学学报（工学版） 2024年第2期54卷 375-384页

作者：陈学深熊悦淞程楠马旭齐龙华南农业大学工程学院广州510642

为解决现有稻田株间机械除草作业性能严重依赖机具对行质量的问题,设计了一种无需避苗作业的株间除草机。该机采用双排柔性刷指作为除草部件,前排除草部件纵向梳刷拉拔杂草,同时对梳刷后稻株倒伏状态进行自动识别。后排除草部件横向振... 详细信息

为解决现有稻田株间机械除草作业性能严重依赖机具对行质量的问题,设计了一种无需避苗作业的株间除草机。该机采用双排柔性刷指作为除草部件,前排除草部件纵向梳刷拉拔杂草,同时对梳刷后稻株倒伏状态进行自动识别。后排除草部件横向振动拨耙杂草,同时根据前排识别结果实时控制振动作业的启停,用以兼顾除草率与伤苗率。基于触觉感知方法建立了稻株倒伏识别系统,通过气压传感器的电位变化获取稻株根系与前排刷指相互作用的力学反馈数据,以电位峰度及均值为辨识特征,基于支持向量机构建稻株倒伏与未倒伏辨识模型,实现稻株倒伏自动识别。应用液压马达构建了后排除草部件的横向振动系统,对前排除草部件作用下已倒伏稻株停止振动作业,实现振动作业的自适应控制。稻株倒伏识别田间试验表明:稻株倒伏识别精度为83.11%。除草模式对比试验结果表明:无感知振动模式的除草率为58.11%,伤苗率为21.39%;无感知无振动模式的除草率为27.89%,伤苗率为4%;有感知振动模式的除草率为56.17%,伤苗率为5.83%。综合试验结果可知,有感知振动除草模式更适宜稻田株间杂草机械防控的生产要求。

关键词：农业工程与信息技术水稻机械除草株间辨识

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基于ViT-改进YOLOv7的稻田杂草识别

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农业工程学报 2024年第10期40卷 185-193页

作者：陈学深吴昌鹏党佩娜张恩造陈彦学汤存耀齐龙华南农业大学工程学院广州510642

为解决光线遮蔽、藻萍干扰以及稻叶尖形状相似等复杂环境导致稻田杂草识别效果不理想问题,该研究提出一种基于组合深度学习的杂草识别方法。引入MSRCP(multi-scale retinex with color preservation)对图像进行增强,以提高图像亮度及对... 详细信息

为解决光线遮蔽、藻萍干扰以及稻叶尖形状相似等复杂环境导致稻田杂草识别效果不理想问题,该研究提出一种基于组合深度学习的杂草识别方法。引入MSRCP(multi-scale retinex with color preservation)对图像进行增强,以提高图像亮度及对比度;加入ViT分类网络去除干扰背景,以提高模型在复杂环境下对小目标杂草的识别性能。在YOLOv7模型中主干特征提取网络替换为GhostNet网络,并引入CA注意力机制,以增强主干特征提取网络对杂草特征提取能力及简化模型参数计算量。消融试验表明:改进后的YOLOv7模型平均精度均值为88.2%,较原YOLOv7模型提高了3.3个百分点,参数量减少10.43 M,计算量减少66.54×109次/s。识别前先经过MSRCP图像增强后,与原模型相比,改进YOLOv7模型的平均精度均值提高了2.6个百分点,光线遮蔽、藻萍干扰以及稻叶尖形状相似的复杂环境下平均精度均值分别提高5.3、3.6、3.1个百分点,加入ViT分类网络后,较原模型平均精度均值整体提升了4.4个百分点,光线遮蔽、藻萍干扰一级稻叶尖形状相似的复杂环境下的平均精度均值较原模型整体提升了6.2、6.1、5.7个百分点。ViT-改进YOLOv7模型的平均精度均值为92.6%,相比于YOLOv5s、YOLOXs、MobilenetV3-YOLOv7、YOLOv8和改进YOLOv7分别提高了11.6、10.1、5.0、4.2、4.4个百分点。研究结果可为稻田复杂环境的杂草精准识别提供支撑。

关键词：机器视觉深度学习 YOLOv7 ViT 稻田杂草识别

Ca/Mg互换对CsPbBr_(3)量子点玻璃发光性能的调控

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硅酸盐学报 2024年第8期52卷 2486-2494页

作者：范艳虹卢贞彤雷炳富张学杰华南农业大学材料与能源学院广州510642

玻璃网络结构特性(如刚性、间隙等)对量子点玻璃析晶行为具有重要影响。利用玻璃原位析晶制备了一系列CsPbBr_(3)量子点玻璃,研究了玻璃组成中Ca/Mg互换对CsPbBr_(3)量子点尺寸及发光性能的调控作用。结果表明:随着Ca/Mg比的升高,在相... 详细信息

玻璃网络结构特性(如刚性、间隙等)对量子点玻璃析晶行为具有重要影响。利用玻璃原位析晶制备了一系列CsPbBr_(3)量子点玻璃,研究了玻璃组成中Ca/Mg互换对CsPbBr_(3)量子点尺寸及发光性能的调控作用。结果表明:随着Ca/Mg比的升高,在相同热处理条件下,量子点尺寸逐渐减小,发光量子效率呈现先增大后减小的趋势;最佳CsPbBr_(3)量子点玻璃样品在455 nm激发下,内、外量子效率高达45.2%及36.0%,吸收率为79.6%。得益于该量子点玻璃优异的发光性能、析晶均匀且具有较高的透过性,探究了其在滤光片领域中的潜在应用。

关键词：钙钛矿量子点微晶玻璃发光性能碱土金属

微塑料对土壤N_(2)O排放及氮素转化的影响研究进展

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环境科学 2024年第5期45卷 3059-3068页

作者：刘一戈杨安琪陈舒欣牛英奕卢瑛李博华南农业大学资源环境学院广州510642

微塑料(MPs)在土壤环境中的作用和影响逐渐受到关注,但其对土壤氮素循环及其影响机制并不明确.氧化亚氮(N2O)是农田土壤氮素循环中重要的温室气体之一,其主要来源于微生物参与的氮转化过程.微塑料对土壤氮转化过程及相关功能酶和基因都... 详细信息

微塑料(MPs)在土壤环境中的作用和影响逐渐受到关注,但其对土壤氮素循环及其影响机制并不明确.氧化亚氮(N2O)是农田土壤氮素循环中重要的温室气体之一,其主要来源于微生物参与的氮转化过程.微塑料对土壤氮转化过程及相关功能酶和基因都能够产生影响,其在土壤中不断富集可能造成土壤N_(2)O排放规律的改变.由于微塑料自身的复杂性以及不同试验在时空上的变异,导致微塑料对土壤氮素转化和N_(2)O排放产生不同了影响,增大了对土壤N_(2)O排放和土壤氮素转化的评估难度.目前,微塑料在土壤N_(2)O排放、氮素含量、相关功能酶活性和功能基因丰度的研究上未得出统一的结论,缺少在更广的尺度(如盆栽尺度)、更多元的角度(如反硝化过程、DNRA过程等)和更先进的手段上(如同位素技术)探究其影响机制的研究.因此,通过归纳微塑料对土壤氮循环影响的不同观点,能更全面地认识微塑料对土壤氮循环存在的影响,可为气候变化条件下土壤微塑料富集对土壤氮素循环过程以及N_(2)O排放规律的影响提供一定的理论基础.

关键词：微塑料(MPs) 氧化亚氮(N_(2)O) 氮素转化速率功能基因酶活性