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农业领域多模态融合技术方法与应用研究进展 被引量:4
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作者 李道亮 赵晔 杜壮壮 《农业机械学报》 北大核心 2025年第1期1-15,共15页
多模态融合技术通过结合多源数据,可以克服单一模态的局限性。近年来,传感器以及遥感技术的发展为作物监测提供了更加丰富的数据源,光谱数据、图像数据、雷达数据以及热红外数据被广泛应用于作物监测中。通过利用计算机视觉技术以及数... 多模态融合技术通过结合多源数据,可以克服单一模态的局限性。近年来,传感器以及遥感技术的发展为作物监测提供了更加丰富的数据源,光谱数据、图像数据、雷达数据以及热红外数据被广泛应用于作物监测中。通过利用计算机视觉技术以及数据分析方法,可以从中获取作物的表型参数、理化特征等信息,从而有助于评估作物的生长状况、指导农业生产管理。现有研究多数是基于单一模态数据展开,而单一模态的数据仅有一种类型的输入,缺乏对整体信息的理解,且容易受到单模态噪声的影响;部分研究虽然采用了多模态融合技术,但仍未能充分考虑模态间的复杂交互关系。为了深入分析多模态融合技术在农业领域应用的潜力,本文首先阐述了农业领域中多模态融合的先进技术与方法,重点梳理了多模态融合技术在作物识别、性状分析、产量预测、胁迫分析及病虫害诊断领域中的应用研究成果,分析了多模态融合技术在农业领域中存在的数据利用程度低、有效特征提取难、融合方式单一等问题,并对未来发展提出展望,以期通过多模态融合的方法推动农业精准管理、提高生产效率。 展开更多
关键词 多模态融合 传感器 遥感技术 作物监测 计算机视觉 农业精准管理
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基于旋转目标检测和双目视觉的大闸蟹质量估算方法
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作者 段青玲 张宇航 +2 位作者 孔铭瑞 许冠华 刘颖斐 《农业机械学报》 北大核心 2025年第6期575-584,672,共11页
准确估算大闸蟹质量对于大闸蟹生长状况监测、养殖密度控制、投饵量确定和产量预测等具有重要作用。现有大闸蟹质量估算方法通常使用单目相机,依赖参照物进行真实体尺校正,且图像中大闸蟹背甲角度不固定容易导致目标检测精度低等问题,... 准确估算大闸蟹质量对于大闸蟹生长状况监测、养殖密度控制、投饵量确定和产量预测等具有重要作用。现有大闸蟹质量估算方法通常使用单目相机,依赖参照物进行真实体尺校正,且图像中大闸蟹背甲角度不固定容易导致目标检测精度低等问题,限制了其在实际养殖环境中的应用。针对上述问题,提出了一种基于旋转目标检测和双目视觉的大闸蟹质量估算方法。通过双目相机采集大闸蟹图像;构建基于SSP-YOLO v7(SK-SimCSPSPPF-ProbIoU-YOLO v7)的大闸蟹背甲旋转目标检测模型,在主干部分引入SK(Selective kernel)注意力机制,使用SimCSPSPPF(Simplified cross stage partial spatial pyramid pooling fast)优化空间金字塔池化,使用ProbIoU损失函数(Probabilistic intersection over union)计算旋转框回归损失,增强特征提取能力的同时减少计算量,有效提高了旋转目标检测精度;对大闸蟹双目图像进行三维重建,通过欧氏距离公式计算大闸蟹背甲体尺;最后构建基于粒子群算法优化的PSO-XGBoost(Particle swarm optimization-eXtreme gradient boosting)模型,实现不同性别大闸蟹质量估算。在自建数据集上进行测试,本文提出的背甲旋转目标检测模型mAP0.5为99.46%,模型参数量为7.321×10~6,浮点运算量为1.6684×1011,帧率为39 f/s;基于PSO-XGBoost的质量估算模型对于公蟹均方根误差为8.549 g,平均绝对误差为6.172 g,决定系数为0.946,对于母蟹均方根误差为6.902 g,平均绝对误差为5.175 g,决定系数为0.955。结果表明本文方法能够实现大闸蟹质量估算,为大闸蟹生长状况监测和智能化养殖提供技术支持。 展开更多
关键词 大闸蟹 旋转目标检测 双目视觉 质量估算 极端梯度提升树
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基于音视频信息融合与Self-Attention-DSC-CNN6网络的鲈鱼摄食强度分类方法
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作者 李道亮 李万超 杜壮壮 《农业机械学报》 北大核心 2025年第1期16-24,共9页
摄食强度识别分类是实现水产养殖精准投喂的重要环节。现有的投喂方式存在过度依赖人工经验判断、投喂量不精确、饲料浪费严重等问题。基于多模态融合的鱼类摄食程度分类能够综合不同类型的数据(如:视频、声音和水质参数),为鱼群的投喂... 摄食强度识别分类是实现水产养殖精准投喂的重要环节。现有的投喂方式存在过度依赖人工经验判断、投喂量不精确、饲料浪费严重等问题。基于多模态融合的鱼类摄食程度分类能够综合不同类型的数据(如:视频、声音和水质参数),为鱼群的投喂提供更加全面精准的决策依据。因此,提出了一种融合视频和音频数据的多模态融合框架,旨在提升鲈鱼摄食强度分类性能。将预处理后的Mel频谱图(Mel Spectrogram)和视频帧图像分别输入到Self-Attention-DSC-CNN6(Self-attention-depthwise separable convolution-CNN6)优化模型进行高层次的特征提取,并将提取的特征进一步拼接融合,最后将拼接后的特征经分类器分类。针对Self-Attention-DSC-CNN6优化模型,基于CNN6算法进行了改进,将传统卷积层替换为深度可分离卷积(Depthwise separable convolution,DSC)来达到减少计算复杂度的效果,并引入Self-Attention注意力机制以增强特征提取能力。实验结果显示,本文所提出的多模态融合框架鲈鱼摄食强度分类准确率达到90.24%,模型可以有效利用不同数据源信息,提升了对复杂环境中鱼群行为的理解,增强了模型决策能力,确保了投喂策略的及时性与准确性,从而有效减少了饲料浪费。 展开更多
关键词 鲈鱼 摄食强度分类 多模态融合 Self-Attention-DSC-CNN6
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基于氮掺杂石墨烯量子点的荧光法检测水中的氨氮含量 被引量:1
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作者 张佳然 于杰 +2 位作者 赵天驰 岳云涛 王聪 《农业工程学报》 北大核心 2025年第2期242-250,共9页
氨氮含量是影响水质的重要指标之一。为解决目前氨氮检测操作复杂、成本较高以及耗时等缺点,该研究构建了一种氮掺杂石墨烯量子点荧光探针,用于水体中氨氮含量的检测,并对氮掺杂石墨烯量子点的微观结构、光学特性等进行表征分析。结果表... 氨氮含量是影响水质的重要指标之一。为解决目前氨氮检测操作复杂、成本较高以及耗时等缺点,该研究构建了一种氮掺杂石墨烯量子点荧光探针,用于水体中氨氮含量的检测,并对氮掺杂石墨烯量子点的微观结构、光学特性等进行表征分析。结果表明,氮元素以吡咯氮的形式掺杂到石墨烯量子点中。氮掺杂石墨烯量子点在光激发下与氨之间发生光致电子转移,从而引起荧光动态淬灭。氮掺杂石墨烯量子点荧光探针在最佳试验条件下(pH值为7,氮掺杂石墨烯量子点浓度为0.8 mg/mL)与氨氮(0~9.0 mmol/L)表现出良好的线性响应(R^(2)=0.99),检测限为43.8μmol/L,响应时间为2 min。最后,将氮掺杂石墨烯量子点荧光探针应用于饮用水、自来水和水产养殖水中氨氮的测定,加标检测的回收率区间为75.03%~128.16%,相对标准偏差(样本数为3)低于13.53%。由此可知,该研究所构建的氮掺杂石墨烯量子点荧光探针在水中氨氮检测方面具有潜在的应用价值。 展开更多
关键词 量子点 荧光法 氨氮 水环境
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基于改进YOLOv8和Byte Track的鲈鱼个体运动特征提取方法
5
作者 于佳禾 刘丽伟 +2 位作者 徐玲 于辉辉 陈英义 《农业工程学报》 北大核心 2025年第5期182-190,共9页
鱼类个体运动特征提取是分析鱼类行为的重要环节,为进一步解决鲈鱼行为识别中存在小目标个体和复杂背景导致检测难,以及在多条鲈鱼跟踪过程中因遮挡和非线性运动而频繁发生的ID错误切换问题,该研究提出了一种基于改进YOLOv8和ByteTrack... 鱼类个体运动特征提取是分析鱼类行为的重要环节,为进一步解决鲈鱼行为识别中存在小目标个体和复杂背景导致检测难,以及在多条鲈鱼跟踪过程中因遮挡和非线性运动而频繁发生的ID错误切换问题,该研究提出了一种基于改进YOLOv8和ByteTrack的鱼类个体运动特征提取方法。首先对YOLOv8n模型进行了轻量化优化,用ODConv替换了主干网络的下采样卷积,并用Wise-IoUv3 Loss代替了原有的CIoU Loss,以此降低模型大小并提高检测速度和精度。然后对ByteTrack算法分别进行优化,通过应用扩展和线性卡尔曼滤波来适应目标的非线性运动和加速变化,以及引入高斯轨迹插值后处理策略,减少了遮挡情况下的错误身份切换。改进后的YOLOv8算法在模型大小和参数上与原YOLOv8模型分别降低了约2/3,精度、召回率分别提升了0.4和0.5个百分点,具有较高的检测精度及良好的鲁棒性和实时性。改进后的ByteTrack算法平均多目标跟踪准确率(multiple object tracking accuracy,MOTA)为88.7%,多目标跟踪精度(multiple object tracking precision,MOTP)为83.8%,平均每个测试视频的ID切换次数(identity switches,IDs)仅为37,帧率(frames per second,FPS)为95帧/s,能够满足实时跟踪需求。该研究提出的改进YOLOv8和ByteTrack的鲈鱼个体运动特征提取方法能够在实际养殖场景下实现较为稳定的鲈鱼个体实时跟踪,可为大规模无接触式实际水产养殖监测提供技术支持。 展开更多
关键词 计算机视觉 深度学习 特征提取 目标检测 多目标跟踪
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High-Precision Fish Pose Estimation Method Based on Improved HRNet
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作者 PENG Qiujun LI Weiran +1 位作者 LIU Yeqiang LI Zhenbo 《智慧农业(中英文)》 2025年第3期160-172,共13页
[Objective]Fish pose estimation(FPE)provides fish physiological information,facilitating health monitoring in aquaculture.It aids decision-making in areas such as fish behavior recognition.When fish are injured or def... [Objective]Fish pose estimation(FPE)provides fish physiological information,facilitating health monitoring in aquaculture.It aids decision-making in areas such as fish behavior recognition.When fish are injured or deficient,they often display abnormal behaviors and noticeable changes in the positioning of their body parts.Moreover,the unpredictable posture and orientation of fish during swimming,combined with the rapid swimming speed of fish,restrict the current scope of research in FPE.In this research,a FPE model named HPFPE is presented to capture the swimming posture of fish and accurately detect their key points.[Methods]On the one hand,this model incorporated the CBAM module into the HRNet framework.The attention module enhanced accuracy without adding computational complexity,while effectively capturing a broader range of contextual information.On the other hand,the model incorporated dilated convolution to increase the receptive field,allowing it to capture more spatial context.[Results and Discussions]Experiments showed that compared with the baseline method,the average precision(AP)of HPFPE based on different backbones and input sizes on the oplegnathus punctatus datasets had increased by 0.62,1.35,1.76,and 1.28 percent point,respectively,while the average recall(AR)had also increased by 0.85,1.50,1.40,and 1.00,respectively.Additionally,HPFPE outperformed other mainstream methods,including DeepPose,CPM,SCNet,and Lite-HRNet.Furthermore,when compared to other methods using the ornamental fish data,HPFPE achieved the highest AP and AR values of 52.96%,and 59.50%,respectively.[Conclusions]The proposed HPFPE can accurately estimate fish posture and assess their swimming patterns,serving as a valuable reference for applications such as fish behavior recognition. 展开更多
关键词 AQUACULTURE computer vision fish pose estimation key point attention mechanism
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柔性可穿戴传感技术在智慧渔业中的应用进展 被引量:4
7
作者 李道亮 王帅星 王聪 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第13期1-13,共13页
随着智慧渔业的发展,现代渔业中运用的先进传感设备越来越多。近年来,柔性传感技术凭借出色的可拉伸性和生物相容性,既良好地实现了刚性和植入型传感器的传感功能,又弥补了传统传感器体积重量大、生物不相容的缺陷,拓宽了传感器在渔业... 随着智慧渔业的发展,现代渔业中运用的先进传感设备越来越多。近年来,柔性传感技术凭借出色的可拉伸性和生物相容性,既良好地实现了刚性和植入型传感器的传感功能,又弥补了传统传感器体积重量大、生物不相容的缺陷,拓宽了传感器在渔业应用的范围,显示出巨大的应用潜力。该文系统地阐述了柔性传感装置使用的柔性材料、制造工艺、供能和通信系统,总结并分析了柔性可穿戴传感技术在鱼类运动监测、水环境监测、水产品质量检测3个方面的应用及其优缺点。最后,讨论了可穿戴设备在渔业应用中的机遇和挑战,认为其在低成本制备、多功能集成、新材料开发、应用场景的挖掘等方面具有较大的发展潜力,有广阔的应用前景,同时指出提高复杂条件下可穿戴设备传感的稳定性和可靠性、设计多参数一体化检测的微型传感系统、开发可靠的可穿戴设备自供电模块和拓展应用场景是柔性可穿戴技术在智慧渔业领域的重要发展方向。 展开更多
关键词 传感器 渔业 养殖 智慧渔业 水产品检测 可穿戴设备
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极谱式柔性溶解氧智能传感器研发
8
作者 王帅星 徐先宝 +5 位作者 王聪 杜壮壮 白壮壮 王柄雄 韩杰 李道亮 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第21期27-35,共9页
溶解氧在维持水体生态系统和保证良好生产生活方面发挥着关键作用。随着新技术、新材料、新兴应用场景的涌现,尤其在推动渔业智能化的进程中,溶解氧的检测需要更加轻质、微小、柔软、生物相容的传感器。柔性电子与传感技术的结合为上述... 溶解氧在维持水体生态系统和保证良好生产生活方面发挥着关键作用。随着新技术、新材料、新兴应用场景的涌现,尤其在推动渔业智能化的进程中,溶解氧的检测需要更加轻质、微小、柔软、生物相容的传感器。柔性电子与传感技术的结合为上述问题的解决提供了可能。该研究利用磁控溅射和点胶喷墨技术制备了一种具备温度测量功能的柔性溶解氧传感器并评估其线性度、灵敏度、响应时间、漂移、稳定性、机械弯曲等性能,设计相应的传感电路和智能处理系统,验证该智能传感器在养殖水体溶解氧检测中的可行性。结果表明:常温下,柔性溶解氧传感器的采集电流与溶解氧含量之间具有较好的线性关系(R^(2)为0.9945),传感器的灵敏度为-0.03μA·L/mg,响应时间为16.8 s,7 d内响应电流的最大差值为0.0195μA。柔性温度传感器在0~150℃范围内的电阻与温度具有良好的线性关系(R^(2)为0.9949),传感器的灵敏度为-2.47 kΩ/℃,响应时间为3 s,迟滞误差为2.17%,且在0~60°的弯曲范围内均保持良好的性能。所开发的智能传感器相较商用传感器在不同温度下溶解氧含量检测的最大误差小于5%,可快速准确获取待测水体的溶解氧含量和温度信息,具有良好的渔业应用前景。 展开更多
关键词 溶解氧 传感器 温度 水质监测 智慧渔业
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基于PSO-Stacking的河蟹投饵量预测模型
9
作者 李家弟 陈子瑜 +1 位作者 高晨 孙龙清 《农业机械学报》 CSCD 北大核心 2024年第S2期303-309,379,共8页
河蟹作为我国重要的水产养殖物种之一,深受消费者喜爱,在河蟹养殖过程中,科学的投饵量是保证河蟹健康生长及提高养殖效益的关键因素。本文通过综合分析影响河蟹养殖投饵量的多种因素,采用集成学习算法建立河蟹养殖投饵量预测模型。搭建... 河蟹作为我国重要的水产养殖物种之一,深受消费者喜爱,在河蟹养殖过程中,科学的投饵量是保证河蟹健康生长及提高养殖效益的关键因素。本文通过综合分析影响河蟹养殖投饵量的多种因素,采用集成学习算法建立河蟹养殖投饵量预测模型。搭建数据采集系统,采集包括河蟹生物量、河蟹数量、性别比例、水体pH值、温度、溶解氧含量以及河蟹摄食量等关键参数数据,建立投饵量数据集;运用数据预处理技术对数据集进行平滑处理以及归一化,减少异常值对预测结果的干扰,同时消除特征数据不同量纲的影响;引入粒子群优化算法改进集成学习,建立了河蟹养殖投饵量预测模型,实现河蟹养殖投饵量的准确预测。实际应用测试结果表明本文模型平均绝对误差为0.34971 g,均方根误差为0.49114 g,决定系数达0.90358。 展开更多
关键词 机器学习 集成学习 粒子群优化算法 投饵量预测
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基于多尺度融合与无锚点YOLO v3的鱼群计数方法 被引量:18
10
作者 张璐 黄琳 +2 位作者 李备备 陈鑫 段青玲 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第S01期237-244,共8页
准确实现鱼群计数对于水产养殖中的生物量估算、存活率评估、养殖密度控制和运输销售管理等有着重要的指导作用。针对目前鱼群计数方法难以处理复杂背景、多尺度鱼群图像的问题,提出了一种基于多尺度融合与无锚点YOLO v3(Multi-scale fu... 准确实现鱼群计数对于水产养殖中的生物量估算、存活率评估、养殖密度控制和运输销售管理等有着重要的指导作用。针对目前鱼群计数方法难以处理复杂背景、多尺度鱼群图像的问题,提出了一种基于多尺度融合与无锚点YOLO v3(Multi-scale fusion and no anchor YOLO v3,MSF-NA-YOLO v3)的鱼群计数方法。首先采集多源鱼群图像,构建鱼群计数数据集,其次采用基于多尺度融合的方法提取鱼群图像特征,最后基于CenterNet目标检测网络识别出鱼群图像中的鱼体目标,实现鱼群计数。在真实的鱼群数据集上进行测试,计数准确率为96.26%,召回率为90.65%,F1值为93.37%,平均精度均值为90.20%。与基于YOLO v3、YOLO v4和ResNet+CenterNet的鱼群计数方法相比,召回率分别提高了5.80%、1.84%和3.48%,F1值分别提高了2.26%、0.33%和1.68%,平均精度均值分别提高了5.96%、1.97%和3.67%,表明基于本研究方法的计数结果与实际计数结果相差较小,综合性能更好。 展开更多
关键词 鱼群 水产养殖 深度学习 计数 YOLO v3 CenterNet
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基于IBAS和LSTM网络的池塘水溶解氧含量预测 被引量:18
11
作者 孙龙清 吴雨寒 +1 位作者 孙希蓓 张松 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第S01期252-260,共9页
为了提高池塘水体中溶解氧含量(DO)预测精度,本文提出了一种基于改进的天牛须搜索算法(Improved beetle antennae search algorithm,IBAS)和长短期记忆网络(Long short-term memory,LSTM)相结合的溶解氧含量预测模型。为了降低模型输入... 为了提高池塘水体中溶解氧含量(DO)预测精度,本文提出了一种基于改进的天牛须搜索算法(Improved beetle antennae search algorithm,IBAS)和长短期记忆网络(Long short-term memory,LSTM)相结合的溶解氧含量预测模型。为了降低模型输入维度,提高模型计算效率,采用皮尔逊(Pearson)相关系数分析法得出各因子与溶解氧含量之间的相关性,提取强关联因子作为模型输入特征;为了使天牛须搜索算法(Beetle antennae search algorithm,BAS)在全局搜索和局部搜索中达到平衡,提高算法的收敛速度,提出衰减因子指数递减策略改进天牛须搜索算法,将衰减因子γ与迭代次数相联系并呈指数函数递减;通过IBAS优化LSTM网络,得到最优参数组合策略,建立P-IBAS-LSTM非线性溶解氧含量预测模型。并利用该模型对江苏省宜兴市水产养殖研究中心某池塘水体溶解氧含量进行验证,预测2 h后的溶解氧含量。在与常见的7种模型对比中发现,本文所提出的方法在各项指标中都取得了最优的性能,均方误差(MSE)为0.6442 mg^(2)/L^(2)、均方根误差(RMSE)为0.8026 mg/L、平均绝对误差(MAE)为0.5306 mg/L。实验结果表明本文所提出的模型预测精度更高,泛化性能更强,可以满足实际对溶解氧含量准确预测的需求,并为池塘养殖中水质预警控制提供参考。 展开更多
关键词 池塘水环境 溶解氧含量预测 长短期记忆网络 改进天牛须搜索算法 因子筛选 参数优化
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基于深度可分离卷积网络的粘连鱼体识别方法 被引量:4
12
作者 张璐 李道亮 +3 位作者 曹新凯 李文升 田港陆 段青玲 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第17期160-167,共8页
及时准确地识别出养殖区域内的粘连鱼体是实现水产养殖中鱼群计数、养殖密度估算等多种基本养殖操作自动化的关键技术。针对目前粘连鱼体识别方法存在准确率低、普适性差等问题,该研究提出了一种基于深度可分离卷积网络的粘连鱼体识别... 及时准确地识别出养殖区域内的粘连鱼体是实现水产养殖中鱼群计数、养殖密度估算等多种基本养殖操作自动化的关键技术。针对目前粘连鱼体识别方法存在准确率低、普适性差等问题,该研究提出了一种基于深度可分离卷积网络的粘连鱼体识别方法。首先采集鱼群图像数据,采用图像处理技术分割出鱼体连通区域图像,构建粘连鱼体识别数据集;其次构建基于深度可分离卷积网络的粘连鱼体识别模型,采用迁移学习方法训练模型;最后基于训练好的模型实现粘连鱼体的识别。在真实的鱼体图像数据集上进行测试,识别准确率达到99.32%。与基于支持向量机(Support Vector Machine,SVM)和基于反向传递神经网络(Back Propagation Neural Network,BPNN)的机器学习方法相比,准确率分别提高了5.46个百分点和32.29个百分点,具有更好的识别性能,可为实现水产养殖自动化、智能化提供支持。 展开更多
关键词 水产养殖 图像识别 模型 粘连鱼体 深度学习 迁移学习
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无人农场系统分析与发展展望 被引量:104
13
作者 李道亮 李震 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期1-12,共12页
随着工业化与城镇化的不断推进,我国农业劳动力成本日趋增高,传统农业劳动力逐渐减少,农业劳动力的老龄化与短缺问题逐渐突显,“机器换人”的需求日趋增加。无人农场是采用物联网、大数据、人工智能、5G、智能装备与机器人等新一代信息... 随着工业化与城镇化的不断推进,我国农业劳动力成本日趋增高,传统农业劳动力逐渐减少,农业劳动力的老龄化与短缺问题逐渐突显,“机器换人”的需求日趋增加。无人农场是采用物联网、大数据、人工智能、5G、智能装备与机器人等新一代信息技术,通过对设施、装备、机械等进行远程控制、全程自动控制或机器人自主控制,完成所有农场生产作业的一种全天候、全过程、全空间的无人化生产作业模式。本文系统地阐述了无人农场的概念、技术架构和发展历程;提出并分析了物联网技术、大数据技术、人工智能技术和智能装备与机器人技术等无人农场的四大共性关键技术,基础设施系统、作业装备系统、测控系统和管控云平台系统等无人农场的四大系统组成,以及无人大田、无人温室、无人果园、无人牧场和无人渔场等无人农场的五大类型;最后,提出了我国无人农场的发展策略。 展开更多
关键词 无人农场 物联网 大数据 人工智能 智能装备与机器人
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基于计算机视觉的鱼类低氧胁迫行为检测与跟踪算法 被引量:7
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作者 李道亮 姜国旗 +3 位作者 杨建安 白羽 谢琰 王承国 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期399-406,共8页
为了能准确检测、跟踪加州鲈鱼因水中溶解氧含量低产生的胁迫行为,本文构建了一种改进的YOLO v5与DeepSORT组合网络算法。在算法方面提出2个改进方案:在原YOLO v5的Backbone和Neck中分别加入2个基于移位窗口的自注意力Swin Transformer... 为了能准确检测、跟踪加州鲈鱼因水中溶解氧含量低产生的胁迫行为,本文构建了一种改进的YOLO v5与DeepSORT组合网络算法。在算法方面提出2个改进方案:在原YOLO v5的Backbone和Neck中分别加入2个基于移位窗口的自注意力Swin Transformer模块,提升了网络对目标特征信息的提取能力,以此提升原模型的检测效果;采用Warmup和Cosine Annealing结合的学习率策略,使多目标跟踪算法DeepSORT前期收敛速度更快、更稳定。实验结果表明,在目标检测方面,相对于原YOLO v5,改进的YOLO v5的mAP@0.5、mAP@0.5:0.95和召回率分别提升1.9、1.3、0.8个百分点,在不完全遮挡情况下,改进的算法表现出更好的检测效果。在目标跟踪方面,DeepSORT算法的MOTA、MOTP和IDF1分别提升4.0、0.7、10.7个百分点,并且加州鲈鱼在遮挡前后的ID切换频率得到明显抑制。改进的YOLO v5与DeepSORT跟踪算法更适合于检测、跟踪加州鲈鱼的低氧胁迫行为,能够为加州鲈鱼的养殖提供技术支持。 展开更多
关键词 加州鲈鱼 胁迫行为 目标检测 多目标跟踪
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基于BiLSTM-GRU融合网络的稻虾养殖溶解氧含量预测 被引量:12
15
作者 石庆兰 束金阳 +2 位作者 李道亮 黄凯欣 查海涅 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期364-370,共7页
在稻虾养殖模式中溶解氧含量(浓度)是养殖水体的重要指标之一,其直接影响小龙虾的摄食量和新陈代谢,因此在养殖过程中精准预测溶解氧含量至关重要。针对稻虾养殖中溶解氧含量变化复杂,难以快速准确预测的问题,提出了BiLSTM-GRU融合神经... 在稻虾养殖模式中溶解氧含量(浓度)是养殖水体的重要指标之一,其直接影响小龙虾的摄食量和新陈代谢,因此在养殖过程中精准预测溶解氧含量至关重要。针对稻虾养殖中溶解氧含量变化复杂,难以快速准确预测的问题,提出了BiLSTM-GRU融合神经网络预测模型。为了保证精准预测,首先对传感器进行了清洗校准,并根据偏移量对历史数据进行了修正。在此基础上构建了基于BiLSTM和GRU的融合神经网络训练模型,BiLSTM提取更多特征因子,GRU实现快速预测,快速准确预测溶解氧含量变化。为了使监测预测性能更优,对不同采样周期下的资源损耗及预测模型性能进行综合对比分析,确定了传感器数据最优采样周期为30 min。进一步与LSTM、GRU、BiLSTM以及BiGRU模型对比,表明本文提出的BiLSTM-GRU融合神经网络模型的预测效果更好,其平均绝对误差、均方根误差和决定系数分别为0.2759 mg/L、0.6160 mg/L和0.9547,比传统的LSTM神经网络模型分别高25.14%、13.25%和2.22%。 展开更多
关键词 稻虾共作 溶解氧 预测模型 融合循环神经网络
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基于CHGLDA的鱼类新鲜度无损检测方法 被引量:2
16
作者 段青玲 徐晓玲 +2 位作者 李道亮 李文升 刘春红 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期385-393,共9页
快速准确地评估鱼类的新鲜度,对鱼类品质智能监控和保证食用者安全具有重要意义。目前基于图像的鱼类新鲜度评估方法中,基于鱼鳃特征的分析需去除鳃盖、对鱼体具有侵入性,利用其他部位则评估准确率较低。针对上述问题,提出了一种基于颜... 快速准确地评估鱼类的新鲜度,对鱼类品质智能监控和保证食用者安全具有重要意义。目前基于图像的鱼类新鲜度评估方法中,基于鱼鳃特征的分析需去除鳃盖、对鱼体具有侵入性,利用其他部位则评估准确率较低。针对上述问题,提出了一种基于颜色纹理特征融合线性判别分析(CHGLDA)的鱼类新鲜度无损检测方法。首先,对采集的鱼体图像进行标注、图像缩放、颜色空间转换等预处理操作;然后,融合鱼体头部图像中提取的颜色直方图特征和灰度共生矩阵(GLCM)特征,并通过LDA进行特征降维;最后,利用K最近邻(KNN)算法对鱼的新鲜度进行分类。提出的GHGLDA新鲜度检测方法解决了提取的鱼体图像特征质量低致使分类性能差的问题。在真实的鲫鱼数据集上进行实验,其精确率、召回率、F1分数和准确率均为1。与颜色直方图、颜色矩、GLCM等特征相比,该方法在KNN、随机森林(RF)、人工神经网络(ANN)及轻量级梯度提升机(LightGBM)分类器上各评价指标的性能均有提高,其中KNN的评估时间最优,为0.01 s。 展开更多
关键词 鱼类新鲜度 分类 计算机视觉 颜色纹理特征融合线性判别分析
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基于改进VGG-19卷积神经网络的冰鲜鲳鱼新鲜度评估方法 被引量:16
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作者 李振波 李萌 +2 位作者 赵远洋 郭若皓 陈雅茹 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第22期286-294,共9页
保障冰鲜水产品的质量安全是提升水产行业供求效益的关键环节之一。传统的水产品新鲜度检测方法存在破坏样本、操作复杂、检测效率低等问题,冷链储运的发展急需一种快速、准确的鱼肉新鲜度检测技术。该研究以冰鲜鲳鱼为研究对象,提出基... 保障冰鲜水产品的质量安全是提升水产行业供求效益的关键环节之一。传统的水产品新鲜度检测方法存在破坏样本、操作复杂、检测效率低等问题,冷链储运的发展急需一种快速、准确的鱼肉新鲜度检测技术。该研究以冰鲜鲳鱼为研究对象,提出基于计算机视觉的鲳鱼新鲜度评估方法,为鱼肉冷链储运系统智能化发展提供技术支持。首先,建立冰鲜鲳鱼新鲜度等级图像数据集。其次,针对数据集规模小的问题,结合迁移学习方法训练卷积神经网络CNN(Convolutional Neural Network)提高模型的泛化能力,并选择试验效果较优的VGG-19(Visual Geometry Group 19)为分类算法主模型。最后,针对VGG-19分类网络结构复杂的问题,优化全连接层数量及结构,该优化模型的鲳鱼新鲜度识别准确率可达99.79%,与优化全连接层前相比准确率提升了1.05个百分点,全连接层参数量降低了97%,占空间降低了443.9 MB,时间效率、空间效率也均有提升。此外,为进一步说明模型对鲳鱼新鲜度等级的判定依据,该研究利用类激活映射方法对鲳鱼新鲜度分级结果进行可视化,试验表明鲳鱼腹部特征是对新鲜度分级最有效的信息,研究结果为构建基于深度卷积神经网络的鱼肉新鲜度分级模型提供参考。 展开更多
关键词 计算机视觉 卷积神经网络 冰鲜鲳鱼 新鲜度 分类网络 迁移学习 类激活映射
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基于WT-CNN-LSTM的溶解氧含量预测模型 被引量:35
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作者 陈英义 方晓敏 +2 位作者 梅思远 于辉辉 杨玲 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期284-291,共8页
溶解氧(Dissolved oxygen,DO)含量是影响水产养殖产量的重要因素之一,具有时序性、不稳定性和非线性等特点,且其影响因子过多、存在复杂的耦合关系,难以实现精准预测。针对传统长短时记忆神经网络(Long short-term memory,LSTM)预测模... 溶解氧(Dissolved oxygen,DO)含量是影响水产养殖产量的重要因素之一,具有时序性、不稳定性和非线性等特点,且其影响因子过多、存在复杂的耦合关系,难以实现精准预测。针对传统长短时记忆神经网络(Long short-term memory,LSTM)预测模型易引入冗余数据,且在训练过长序列时会出现梯度消失现象,从而不能捕捉因子间长期的依赖性问题,提出了基于小波变换(Wavelet transform,WT)、卷积神经网络(Convolutional neural network,CNN)和LSTM的溶解氧含量预测模型。首先,使用WT降低数据噪声;然后,使用CNN深度挖掘各变量之间的潜在关系;最后,利用LSTM的时序性预测2 h后的水产养殖溶解氧含量。结果表明,本文提出的WTCNNLSTM模型预测效果良好,其平均绝对误差、均方根误差和决定系数分别为0.138、0.229和0.954,比传统LSTM模型分别优化了28.87%、21.03%和4.61%。 展开更多
关键词 溶解氧 预测模型 小波变换 卷积神经网络 长短时记忆神经网络
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基于G-RepVGG和鱼类运动行为的水质监测方法 被引量:14
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作者 孙龙清 王泊宁 +1 位作者 王嘉煜 王新龙 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第S02期210-218,共9页
水质恶化会直接造成水产养殖产量下降,严重时会导致水产动物大量死亡,给养殖企业造成严重经济损失。因此对水产养殖中水质参数进行实时监测具有重要意义。本文以斑石鲷为研究对象,提出了一种基于鱼类行为的水质监测方法。该方法通过摄... 水质恶化会直接造成水产养殖产量下降,严重时会导致水产动物大量死亡,给养殖企业造成严重经济损失。因此对水产养殖中水质参数进行实时监测具有重要意义。本文以斑石鲷为研究对象,提出了一种基于鱼类行为的水质监测方法。该方法通过摄像机拍摄到的图像数据就可以非侵入地完成水质参数的实时监测,避免了安装复杂设备、对鱼类行为进行量化等繁琐过程。为了增加推理速度和降低模型参数量,通过将RepVGG block与GhostNet相结合构建了G-RepVGG模型,使该模型更适用于移动设备的部署。提出了计算量较少、推理速度快、更适合水质快速监测的Cheap Ghost操作和计算量大、精确率高、更适合水质的精确监测Expensive Ghoost操作。由于多分支网络适合进行训练但是在推理速度上低于单分支网络,因此通过模型重参数化首先将卷积层以及批归一化(Batch normalization,BN)层合并,随后再将3路卷积合并为1路,大大降低模型参数量、提高了模型推理速度,使模型更加适用于移动设备的推理。结果表明:使用Cheap Ghost操作的G-RepVGG在测试集中准确率达到96.21%,图像处理速度达到442.27 f/s,使用Expensive Ghost操作的G-RepVGG模型在测试集中准确率达到97.63%,图像处理速度达到349.42 f/s,从而在保证较高精度的前提下依旧具有较高的推理速度,在多个数据集中测试具有较好的鲁棒性。 展开更多
关键词 斑石鲷 运动行为 水质监测 深度学习 卷积神经网络
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基于DRN-Faster R-CNN的复杂背景多目标鱼体检测模型 被引量:10
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作者 孙龙清 孙希蓓 +1 位作者 吴雨寒 罗冰 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第S01期245-251,315,共8页
针对现有多目标鱼体检测大多针对受控环境进行,泛化能力有限的问题,提出了一种简单、有效的复杂背景下多目标鱼体检测模型。通过迁移学习构建基于DRN的特征提取方法,对原始图像进行特征提取,结合RPN进一步生成候选检测框;构建基于Faster... 针对现有多目标鱼体检测大多针对受控环境进行,泛化能力有限的问题,提出了一种简单、有效的复杂背景下多目标鱼体检测模型。通过迁移学习构建基于DRN的特征提取方法,对原始图像进行特征提取,结合RPN进一步生成候选检测框;构建基于Faster R-CNN的复杂背景多目标鱼体检测模型。在ImageNet2012数据集上的实验结果表明:该模型对复杂背景下金鱼的检测平均精度达到89.5%,远高于R-CNN+AlexNet模型、Faster R-CNN+VGG16模型和Faster R-CNN+ResNet101的检测精度,表明该模型可以高效精确地实现复杂背景下的多目标鱼体检测。 展开更多
关键词 鱼体 目标检测 特征 卷积神经网络 深度残差网络
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