1.一种基于改进Segnet图像分割的收割机视觉导航方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)采集待分割的田间农作物图像进行预处理;
(2)利用改进Segnet模型对获取的田间农作物图像进行语义分割,生成目标特征图;所述的改进Segnet模型是指利用ShuffleNetV2网络作为Segnet模型中的编码器部分;针对ShuffleNetV2网络中基本单元的构建具体包括以下步骤:(a)通过Channel Split操作将输入根据通道数划分成两组特征图,然后两组特征图分别传输进入两个分支;
(b)传输至其中一个分支的特征图先进行1×1的卷积后,再输入基于深度可分离卷积的ASPP结构进行卷积操作后进行拼接输出,再经过1×1的卷积后输出特征图;所述的ASPP结构为三个不同大小的深度可分离卷积层分支;
(c)经过一个分支输出的特征图与另一分支输出的特征图进行拼接输出,最后通过Channel Shuffle操作后输出;
(3)利用边缘检测算法获取目标特征图中目标的边界像素点及位置信息;
(4)将获取的边界像素点及位置信息作为累计概率霍夫变换PPHT算法的输入,通过调整threshold参数、minLinelength参数、maxLineGap参数,使得累计概率霍夫变换PPHT算法最终输出一条直线线段作为目标直线路径用于导航。
2.根据权利要求1所述基于改进Segnet图像分割的收割机视觉导航方法,其特征在于,步骤(2)中利用改进Segnet模型生成目标特征图具体包括:(2.1)获取田间农作物图像并设置感兴趣区域进行标记,将标记好的数据集分为训练集和测试集;针对训练集中标记好的图像进行图像增强处理;
(2.2)通过调整改进Segnet模型中权重系数向量ω和学习率α,进行模型迭代训练,选取均交并比值MIoU最大的模型作为最优模型;
式中,k表示类别数量;k+1表示包含空类的类别个数;pij表示假正样本数量;pji表示假负样本数量;pii表示真正样本数量;
(2.3)利用最优模型对待分割的田间农作物图像进行图像分割,获取目标特征图。
3.根据权利要求1所述基于改进Segnet图像分割的收割机视觉导航方法,其特征在于,针对步骤(2)中ShuffleNetV2网络做进一步改进,针对ShuffleNetV2网络中空间下采样单元的构建具体包括以下步骤:(d)将上层网络输出的特征图作为输入复制到两个分支,其中一个分支的输入依次经过3×3的深度可分离卷积层和1×1的卷积操作后输出特征图;另一个分支的输入先经过1×1的卷积后,再输入基于深度可分离卷积的ASPP结构进行卷积操作后进行拼接输出,再经过1×1的卷积操作后输出特征图;
(e)经过一个分支输出的特征图与另一分支输出的特征图进行拼接输出,最后通过Channel Shuffle操作后输出。
4.根据权利要求1所述基于改进Segnet图像分割的收割机视觉导航方法,其特征在于,还包括采用随机梯度下降法和L1正则化对改进Segnet模型的损失函数作优化;所述随机梯度下降法SGD公式如下:式中,ω表示权重系数向量,α表示学习率,J(ω)表示损失函数;
所述L1正则化公式如下:
式中,X为训练样本,y为X相对应的标签,Ω(ω)为惩罚项, 为目标函数。
5.根据权利要求3所述基于改进Segnet图像分割的收割机视觉导航方法,其特征在于,所述ASPP结构中三个不同大小的深度可分离卷积层分别为3×3、5×5、7×7。
6.根据权利要求3所述基于改进Segnet图像分割的收割机视觉导航方法,其特征在于,所述基本单元中的ASPP结构中的深度可分离卷积层的stride设置为1,所述下采样单元中的ASPP结构中的深度可分离卷积层的stride设置为2。
7.一种基于改进Segnet图像分割的收割机视觉导航系统,包括:
图像采集模块,用于采集待分割的田间农作物图像进行预处理;
图像处理模块,利用改进Segnet模型对获取的田间农作物图像进行语义分割,生成目标特征图;所述的改进Segnet模型是指利用ShuffleNetV2网络作为Segnet模型中的编码器部分;利用边缘检测算法获取特征图中目标的边界像素点及位置信息;针对ShuffleNetV2网络中基本单元的构建具体包括以下步骤:(a)通过Channel Split操作将输入根据通道数划分成两组特征图,然后两组特征图分别传输进入两个分支;
(b)传输至其中一个分支的特征图先进行1×1的卷积后,再输入基于深度可分离卷积的ASPP结构进行卷积操作后进行拼接输出,再经过1×1的卷积后输出特征图;所述的ASPP结构为三个不同大小的深度可分离卷积层分支;
(c)经过一个分支输出的特征图与另一分支输出的特征图进行拼接输出,最后通过Channel Shuffle操作后输出;
路径决策单元,将获取的边界像素点及位置信息作为累计概率霍夫变换PPHT算法的输入,通过调整threshold参数、minLinelength参数、maxLineGap参数,使得累计概率霍夫变换PPHT算法最终输出一条直线线段作为目标直线路径用于导航。
8.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序,其中,在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1至6中任意一项所述的方法。
9.一种调试设备,其特征在于,存储器、处理器及在所述存储器上存储并可运行的程序,所述程序被处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述方法的步骤。