基于卷积神经网络的田间玉米出苗动态监测及抽穗期判定

来源 :上海海洋大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaomi1028
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
玉米作为我国主要粮食作物之一,其稳定生产是我国粮食安全的关键任务。快速、无损、准确地获取大面积玉米产量数据,能够为当前农业决策管理及生产提供有效的数据和技术支撑。而玉米的出苗率和雄穗都与产量密切相关,因此两种生育期下的玉米幼苗及雄穗识别对产量监测至关重要。为此,本研究主要是利用深度学习的方法对玉米顶视图中的幼苗以及雄穗进行检测计数,所做的工作总结如下:(1)两种不同平台下玉米顶视图像的获取及数据集构建。首先对田间作物高通量表型平台所覆盖的地块中的13个玉米品种进行可见光图像获取,为了保证成像设备数据采集的清晰度,多次实验之后调整成像系统距离玉米冠层顶部的距离为1.5m,从玉米刚抽穗开始至结束,选择每日两次获取被监测小区内的玉米可见光图像,形成整个抽穗期的玉米可见光图像序列。其次对无人机平台飞行区域下所覆盖的实验田内的不同品种玉米植株同样从抽穗开始至结束每日一次获取可见光图像。最后利用所获取的表型平台可见光图像和无人机平台可见光图像构建不同光照条件下玉米抽穗期的可见光图像数据集。(2)基于深度学习的方法构建玉米雄穗识别计数模型。使用Res Net 50作为新的特征提取网络代替原始的Faster R-CNN中的VGG 16来对其进行优化。利用改进后的模型对两种可见光图像中的玉米雄穗进行检测计数。改进后的模型在田间作物表型平台测试集上的类平均精度达到90.14%,相比较于原始的Faster R-CNN模型提高了1.6%。而在无人机平台测试集上的类平均精度也达到了82.14%,相比较于原始的Faster R-CNN模型提高了2.39%。(3)使用本研究中构建的模型进行玉米植株抽穗期的判定。利用田间作物高通量表型平台所获取的高时序、连续的玉米抽穗期的图像序列,根据农学领域中单行玉米植株抽穗比例过半即进入抽穗期的判定方法,使用改进后的Faster R-CNN模型对图像中的玉米雄穗进行识别计数。统计结果显示,不同品种的玉米进入抽穗期的时间存在一定差异且大多数品种的玉米从抽穗开始至结束所需要的时间普遍为5至7天。(4)进一步应用改进的Faster R-CNN模型对不同平台下的可见光图像中的玉米幼苗进行识别计数并与YOLOv3做对比。结果显示,本研究中改进的模型在田间玉米出苗检测计数的任务中表现优于YOLOv3模型,但是检测速度较YOLOv3慢。且两种模型在田间作物高通量表型平台上的检测结果均优于无人机平台。最后再借助表型平台的时序可见光图像,实现不同品种、不同密度玉米植株出苗前后10天的出苗数量日变化的动态监测。结果显示,本研究中相同密度下XD20品种比AD268品种从出苗开始至结束所需的时间更短即出苗更整齐。
其他文献
枸杞为浆果类果实,鲜果含水量较高,组织脆弱,易受到机械损伤和外界微生物侵染,使其不易进入市场,市售大多为枸杞的干制品。其表皮附着较厚的蜡质层,使枸杞干制速度慢,干制时因长时间受热和氧气的影响,使枸杞发生褐变反应导致色泽劣变,且传统脱蜡剂难以长期维持枸杞的色泽。因此,缩短枸杞干燥时间并采取措施进行护色有助于提高干制枸杞的品质。本文研究了一种无硫促干护色方法和一种低硫促干护色方法,对比分析了不同促干护
学位
目的:对新疆不同动物源E.coli O157:H7进行分离鉴定,研究其生物学特性及流行传播规律,为新疆各地区E.coli O157:H7的污染状况评估提供科学依据,为控制不同动物E.coli O157:H7的传播提供参考,以期从源头保障畜牧业的健康发展。方法:(1)从新疆不同地区采集不同动物的样本(粪便、肛拭子和胴体拭子),先用EC肉汤增菌,经免疫磁珠富集后,再用CT-SMAC与MUG选择性培养,
学位
近年来,细菌性果斑病对新疆甜瓜生产影响较为严重,而防治细菌性果斑病多依赖于铜制剂,铜制剂施用不当很容易造成铜害,影响植株生长发育,同时,铜累积也会危害人类的身体健康。因此,筛选抗铜甜瓜种质资源、研究甜瓜的抗铜性遗传规律是有必要的。本研究以245份甜瓜种质资源作为试验材料,在甜瓜苗期叶面喷施铜制剂,调查试验材料的铜害发生情况,根据抗性指标和系统聚类分析等方法进行甜瓜种质抗铜性鉴定,为甜瓜选育抗铜性亲
学位
越来越多处于繁重生活压力下的城市居民愿意尝试并体验乡村休闲生活,乡村旅游成为乡村经济发展新模式。乡村地区由全面脱贫迈向乡村振兴战略目标,在乡村旅游发展背景下农户是直接受益者,其生计现状得到改善。乡村旅游地利用景区资源与文化资源开发特色经营项目,政府高度重视并发布相关政策及提供资金支持。南疆四地州属于旅游资源丰富的贫困地区,选择该地区乡村旅游地为实地调研案例地,以期推动当地旅游经济。本文以南疆四地州
学位
新疆是中国杏干的主产地,由于其独特的地理优势,光、热、干旱等气候资源,杏干的加工方式多以传统的晒干为主,在鲜杏干制过程中,几乎都会出现不同程度的褐变,严重影响了杏干的品质,成为制约杏干产业发展的重要因素。本文以不同成熟度的赛买提杏为试验材料,采用不同浓度硫处理等护色工艺结合热风干制,研究低硫护色工艺及热风干制工艺对杏干褐变的影响,以期阐明干制前护色预处理及热风干制温度对赛买提杏干褐变各要素相关性的
学位
布鲁氏菌病(简称布病)是由布鲁氏菌感染动物和人而导致的人畜共患病,主要通过病菌侵入机体的黏膜、呼吸道等导致,家畜感染后主要表现为雌性不孕、流产,以及雄性睾丸炎等。新疆畜间布病近几年呈上升趋势,作为养殖业大区,布病严重影响着新疆的畜牧业健康发展和社会公共卫生安全。本研究对乌鲁木齐市2021年牛布病进行了流行病学调查,研究了牛布病A19疫苗的使用方法和抗体检测方法,制定并实施了牛布病的防治措施。结果如
学位
在中国果树种植的发展历史中,杏树因具有改善环境,预防土地沙漠化,带动经济增长等优势,长期以来在农业经济中占比较重,在我国影响杏产业发展的主要原因有杏树的败育率较高,杏果供应环节存在供应期短且集中、不耐贮运等问题。杏果成熟期在炎热时节、采收期较短,呼吸代谢旺盛,在不适宜的温度下贮藏容易失水,腐烂变质,增加被病原微生物侵染的几率,浪费资源且带来巨大的经济损失。1-甲基环丙烯(1-Methylcyclo
学位
中国经济迅速发展、人类活动范围扩大,导致内陆湖泊水库的污染、富营养化等问题不断加剧。水生植被能够对湖泊的水质、生物多样性以及生态环境等方面都有一定的调控能力,如稳定沉积物,减缓水流,净化水源,维持渔业生产,维持湿地生态系统的平衡。因此,水生植被分布情况、结构和演变趋势对湿地生态环境变化具有重要的指示意义和科学研究价值。本文通过研究现有机器学习模型和应用领域,将随机森林和U-Net模型应用于水生植被
学位
我国是世界最大的番茄生产和消费国家,番茄生产是农民增收致富和出口创汇的重要途径之一。目前,番茄人工授粉方法存在主观性强、工作效率低、劳动强度大等问题,且激素处理不当容易引起激素残留或产生畸形果。而授粉机器人则可以有效降低田间作业劳动量,提高番茄产量和品质,现有授粉机器人大多处于试验或理论阶段;因此,研发番茄授粉机器人对降低生产成本、降低劳动强度、提高作业效率具有重要的意义。本文以大型玻璃温室内番茄
学位
禽源大肠杆菌引起的大肠杆菌病是制约禽业养殖发展最为常见的细菌性疾病,LPS作为大肠杆菌细胞壁的重要组成部分,被广泛用于诱导组织损伤模型的建立。前期本课题组建立了野山杏总黄酮提取及纯化方法,通过动物实验发现野山杏总黄酮具有抗急性炎症和镇痛作用。本文以1日龄三黄鸡为试验动物,以LPS为肺炎模型建立的诱导剂,通过组织学观察、ELISA、RT-PCR和WB等方法考察野山杏总黄酮对LPS诱导雏鸡肺炎的影响,
学位