基于深度神经网络模型的水稻秧苗行线提取技术研究

来源 :华南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lsj111
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
中国是水稻种植大国,种植面积占全球水稻种植面积的18.4%左右,年产量占全球水稻产量27.6%,在全球水稻产量中居于首位。在水稻生产中,由于水田泥土松软、质地不均匀、插秧机驾驶员调控不恰当等原因,导致秧苗的田间分布不规整,使田间管理机械在后续的作业过程中不可避免地压苗、伤苗,限制了田间管理机械的发展和应用。因此,本研究提出基于深度神经网络模型的秧苗行线提取算法,并搭建了嵌入式平台,以期为插秧机提供一套可靠性高、实时性能好的辅助驾驶导航视觉系统,使插秧机实时跟随邻行苗带线作业,以实现田间秧苗规整分布。本文的主要研究内容和结论如下:(1)构建水稻秧苗图像样本数据集分析了插秧机辅助驾驶导航视觉系统的技术要求,进行了图像样本采集系统硬件选型;设计了摄像头安装减振机构;根据摄像头成像原理,并综合分析了插秧机-秧苗-摄像头位置关系,搭建了水稻秧苗田间图像样本视觉采集平台;采集了不同时间段、不同光照强度和角度的田间水稻秧苗图像样本,通过基于作物冠层的标定方式进行人工标注,得到数据量大且样本多样性的水稻秧苗数据集。(2)建立秧苗识别与定位模型选用深度卷积神经网络作为秧苗识别与定位的方式,在Faster R-CNN神经网络架构下,分别采用3个卷积特征提取网络和2种训练方式训练得到水稻秧苗深度识别模型,优选出最佳的特征提取网络和训练方式;对选用的模型进行训练参数优化试验,确定最佳的训练参数组合。试验结果表明,以VGG_CNN_M_1024网络作为秧苗卷积特征提取模型,采用联合训练方式进行秧苗识别模型训练,训练参数组合中样本批量为256、初始学习率为0.005时,识别精准度为89.8%,识别速度为118ms/幅,实时性能系数为0.81,满足导航系统性能要求。(3)提出基于深度神经网络模型的水稻秧苗行线提取算法通过训练后的深度神经网络模型识别图像中的秧苗,采用了凝聚型层次聚类法对识别的秧苗进行行聚类,依据线性回归法对目标行的秧苗进行中心线拟合提取,确定插秧机水平位移导航参数和航向角导航参数,并进行误差分析。结果可知:航向角参数的组间平均绝对误差为0.60°,误差范围在0.45~0.67°之间,其RMSE为0.07°;初始点水平参数的组间平均绝对误差4.75像素(约10.39mm),组间误差范围在3.30-6.58像素(约7.22-14.39mm)之间,其RMSE为1.16像素(2.54mm);与经典绿色作物行线分割提取算法进行对比,试验表明本研究算法具有更优的精准度和鲁棒性。(4)开发嵌入式平台系统针对苗带线提取方法特性以及嵌入式开发调试需求,选用基于GPU运算加速器的Jetson TX2开发板作为算法嵌入平台;在平台上搭建了嵌入式操作系统Linux for Tegra;并在系统中部署了OpenCV、VisionWorks计算机视觉与图像处理工具,以及CUDA、Cu DNN以实现算法在GPU上加速运算。在嵌入式平台上进行了算法移植与优化,并进行识别精准度与执行速度测试,测试结果表明:该优化后算法在嵌入式平台上识别精度为89.3%,图像运算速度为77ms/幅,实时性能系数为0.879,满足插秧机高速作业情况下辅助导航视觉系统的实时性能要求。
其他文献
随着信息化、智能化的不断发展以及人们生活水平的提高,人们对于卧床老人这一弱势群体的关注逐渐增多,对智能硬件产品的需求也越来越迫切。卧床老人由于生理机能下降,往往不能够及时、准确地表达个人诉求,导致不同程度的生理、心理疾病的产生。在万物互联的今天,智能可穿戴产品在辅助养老中的应用已经成为了新的趋势。一方面,智能可穿戴产品能够辅助老年人的生活;另一方面,当前市面上超出老人认知的产品使用方式给老年人带来
学位
本研究从地域文化角度出发,以贵阳花溪湖城市公园规划设计为例,在深入挖掘地域文化,原生历史、人文轶事的基础上对贵阳花溪旅游文化资源进行文化梳理景观重构,并借助多种表现手法打造具有地域文化特色的城市公园。能够对城市公园文化发掘及规划设计方面提供借鉴意义和一定的参考价值。本文结构可分为三部分。绪论部分,阐述了本文的研究目的意义和方法,针对当前各大城市纷纷建设城市会客厅的城市公园热潮中存在的问题,提出研究
学位
本文主要是对佛山紫南村的祠堂进行一系列的考察走访以及资料收集后,首先对中国传统宗祠文化加以分析,得出宗祠文化的共性,再针对紫南村宗祠的视觉语境进行分析,从祠堂的建筑装饰、姓氏与家训的装帧方式为提取视觉元素的切入点,对宗祠文化中建筑构件和书籍装帧的“形”“意”进行提取,将传统视觉元素活化,运用到现代游戏界面设计中来。游戏界面是UI设计的一种,相比应用界面,它更注重手绘,同时也注重用户体验。游戏界面是
学位
城镇化和工业化的加快促使我国农村劳动力大量向城市转移,加上我国户籍管理制度的变化,使得我国的流动人口大量增加。根据原国家卫健委发布的《中国流动人口发展报告2018》,截止到2017年底,我国的流动人口为2.44亿。在我国的流动人口中,女性人口比例逐年增大,根据2017年的统计数据,2011年至2016年间,我国流动人口中女性所占比例由47.7%上升到48.3%,大量女性涌入城市,越来越多地参与到社
学位
伴随工业化、现代化、城市化进程的持续向前推进,我国乡土文化逐步走向衰落。继承并发扬乡土文化,为乡愁留下一片净土,已然成了人们共同的期盼。现如今乡村旅游逐年增多,乡村民俗、旅游和餐饮相继增加,因此,在国家政策对新农村建设乡村振兴的背景下,乡村餐饮空间未来的发展如何与本土化、现代化相融合便是本案的选题来源。本案以湛江遂溪县天天海鲜城餐饮空间设计项目为出发点,将“印象·湛江”为设计主题进行设计,本案的研
学位
广作家具受民族文化、地理环境、时代特征等不同因素的影响,在继承中国传统家具的基础上,大胆吸取了多种欧洲艺术风格和技巧,形成了一种造型大气、工艺精巧、装饰华丽的风格。广作家具这种兼容并蓄、开放创新的特色,具有极高的艺术价值和研究价值。本文首先针对广作家具装饰纹样进行收集、整理及分析,并以梅花纹为典型案例进行系统研究,分析梅花纹在椅子使用部位的应用,总结梅花纹的装饰特征。并以此为基础,结合现代社会的时
学位
农业机械化和农机装备是转变农业发展方式、提高农村生产力的重要基础,是实施乡村振兴战略的重要支撑,而农机装备实现信息化和智能化是提升农业机械化水平的重要途径。为实现农机装备的智能设计及整机作业行为与性能仿真,本文通过对融合机器视觉的农机装备关键部件的装配行为研究、开发收获作业仿真平台并进行不同条件下的收获仿真试验研究,对农机装备的智能仿真行为进行了研究,主要完成的研究工作有:1)面向对象的农机装备行
学位
近些年来在超声换能以及微驱动定位领域中,压电陶瓷材料由于其特殊性能在这些领域发挥着越来越重要的作用。其中广泛用于精密定位控制领域的压电直线电机具有结构简单、步进分辨率高、响应速度快、可迅速切换运动方向等优点,旋转型电机中的行波型超声电机同样具有扭矩大、断电自锁等优点;而超声换能领域基本都采用压电陶瓷材料实现,如超声清洗、超声波焊接等的振子,由于压电电机结构的特殊性,因此压电电机的结构以及其驱动电源
学位
基于视觉的三维重构技术是指利用二维图像信息投影恢复目标的三维立体信息,从而满足特定的作业需求,因其具有高效、无损等优点,在工业、农业和建筑等领域得到广泛的应用。在工程应用领域,对持续负载的承力结构进行及时的监测能有效消除安全隐患,通过视觉三维重构技术持续跟踪目标表面的动态变形及损伤程度,是未来替代人工进行监测的关键。因此,研究基于立体视觉跟踪的动压目标变形及损伤重构算法对各类工程的安全防护具有重要
学位
柑橘是我国南方地区最重要的果树之一,柑橘产业已成为南方农业经济中不可或缺的一部分。而黄龙病(Huanglongbing,HLB)被认为是柑橘的癌症,蔓延速度快、危害大。感染黄龙病的柑橘树,产量和质量会受到严重的影响、甚至死亡,给果农及相关产业造成巨大的经济损失。目前还没有药物可以治愈柑橘黄龙病,对于黄龙病的预防,常用的诊断方法,如PCR(Polymerase Chain Reaction)检测、D
学位