1.一种基于小样本元学习的水果图像分类方法,其特征在于:包括以下步骤:S1:采集多类自然环境下的果实图像,并进行尺寸缩放,分类标注训练图像和测试图像作为元数据集,采集少量目标水果图像完成标注;
S2:准备N个训练任务以及每个训练任务对应的Support Set和Query Set;再准备多个测试任务,用于评估模型学习到的参数的效果;训练任务和测试任务均从采集的数据中采样产生;
S3:采用模型无关的元学习模型MAML作为图像分类的主体算法,将密集连接网络DenseNet‑121作为骨干网络,并结合特征金字塔网络FPN架构对经过标注和尺寸缩放处理后的图像进行目标特征提取;
S4:初始化DenseNet‑121网络参数为θ,设定子任务内的学习率α和任务间的学习率β;
S5:每一次训练从中提取一个或者一个批次子任务Ti;
S6:在子任务Ti中,利用loss函数对θ进行梯度更新,其更新公式为重复在任务Ti中利用loss函数对θ进行梯度更新的过程即为内循环过程;
S7:当子任务Ti训练完,利用在所有任务上的loss和的梯度更新最后的θ,其更新公式为重复在任务Ti训练完后利用在所有任务上的loss和的梯度更新最后的θ的过程即为外循环过程;
S8:直到所有的子任务都训练完毕,得到最后的θ;
S9:通过S8得到的初始化参数θ,使用目标水果图像为数据集,经过一两次迭代训练得到优秀的分类效果。
2.根据权利要求1所述的基于小样本元学习的水果图像分类方法,其特征在于:步骤S3中,骨干网络DenseNet‑121提取目标特征分为4个阶段,将每个阶段提取的特征与FPN进行特征融合;底层特征层通过1×1的卷积得到与上一层特征层相同的通道数,上层的特征层通过上采样得到与下一层特征层一样的长和宽,再进行相加得到融合好的新的特征层。
3.根据权利要求1所述的基于小样本元学习的水果图像分类方法,其特征在于:步骤S3中,采用随机池化替换骨干网DenseNet‑121中的最大池化和平均池化。
4.根据权利要求1所述的基于小样本元学习的水果图像分类方法,其特征在于:步骤0
S6、S7中,将骨干网络的参数φ 赋值给任务m独有的网络,得到 初始的 使用任务m的Support Set,基于任务m的学习率αm,对m进行1次优化,更新 基于1次优化后的使用Query Set计算任务m的 并计算 对 的梯度,用该梯度,乘以
0 1 1
元网络的学习率α,更新φ ,得到φ ;采样1个任务n,将参数φ赋值给任务n,得到 初始的 使用任务n的训练数据,基于任务n的学习率β,对 进行一次优化,更新 基于1次优化后的 使用Query Set计算任务n的 并计算 上的梯度,用该梯度,
1 2
乘以元网络的学习率α,更新φ ,得到φ ;在训练任务上,重复执行本步骤直至所有采样任务采样完成。
5.根据权利要求1所述的基于小样本元学习的水果图像分类方法,其特征在于:步骤S6、S7中,所使用的损失函数为交叉熵损失函数:其中,i表示观测样本,c表示类别,M表示类别数量,N表示类别总数,yic表示符号函数,取值0或1,如果样本i的真实类别等于c则取1,否则取0;pic表示观测样本i属于类别c的预测概率。
6.根据权利要求1所述的基于小样本元学习的水果图像分类方法,其特征在于:步骤S9中,使用DenseNet‑121作为特征提取网络。
7.根据权利要求1所述的基于小样本元学习的水果图像分类方法,其特征在于:水果图像分类包括成熟度分类、品质分类和种类分类。