利索能及
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专利号: 2023109557128
申请人: 浙江理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种改进型YOLOv5的猕猴桃授粉花朵识别方法,具体包括以下步骤:步骤S1:使用相机在猕猴桃种植园下午采集不同花朵数量,不同角度,不同重叠情况下的猕猴桃花朵图片,以便增加数据的多样性;

步骤S2:使用Python脚本对采集到的图像数据进行数据增强,包括暗度、亮度、高斯噪声和镜像方式,突出显示图像的局部特征,将不同物体的特征进行有效区分,提高数据集的数量从而增强神经网络模型的鲁棒性;

步骤S3:使用开源图像标注软件Labelimg对数据集中的猕猴桃花朵进行标注,并将标注后的结果保存为xml格式文件;使用Python脚本将所有标注好的猕猴桃花朵图像分为训练集、验证集和测试集;

步骤S4:在YOLOv5模型中的K‑means聚类数据算法更改成K‑means++算法,以便能够选择出更优的初始聚类中心,并且提高算法的速度;

步骤S5:在YOLOv5模型中添加了CBMA注意力机制,以提高模型对猕猴桃花特征的提取精度;

步骤S6:将YOLOv5中GIOU‑loss损失函数更改成CIOU‑loss损失函数;

步骤S7:在detect函数中加入花朵角度计算模块;通过计算分析花朵角度计算模块,可得到花朵倾斜角度、花蕊中心和花朵中心之间的位置关系;

步骤S8:在detect函数中加入重叠花朵情况判断及授粉点寻找模块,根据目标框与预测框的交并比判断出花朵重叠情况,从而依据不同重叠情况确定授粉点坐标;

步骤S9:利用PyCharm平台在台式计算机上实现猕猴桃花朵识别模型的训练和测试;

所述步骤S7中:detect函数中加入的花朵角度计算模块为:;

其中:花朵原长为L,α为花朵自身倾斜角度, a为花朵和花蕊之间的厚度, b为花朵倾斜后的水平长度,  ∆x为花朵中心点与花蕊中心点之间的水平距离;

为了减少花朵重力对计算花朵实际倾斜角度造成的不良影响,把采集到的图片和数据进行回归函数计算,得到优化后的花朵角度计算模块为:;

其中:α’为优化后花朵自身倾斜角度计算值;

所述步骤S8中,在detect函数中加入的重叠花朵情况判断及授粉点寻找模块为:;

其中:x、y为多边形每个顶点的坐标,n为多边形的边数;

多边形形心的坐标公式为:

根据输出的形心坐标以及各组成重叠多边形的花朵中心点坐标,计算出靶倾斜角度。

2.根据权利要求1所述的改进型YOLOv5的猕猴桃授粉花朵识别方法,其特征在于:所述的步骤S6中,YOLOv5模型采用的CIOU‑loss损失函数为:;

其中:IOU为目标框和预测框两个区域的交并比;ρ为两个中心点之间的欧式距离;b为gt预测框的中心点;b 为真实框的中心点;c为能够同时包含预测框和真实框的最小闭包区域的对角线距离;α1为权重参数;v为衡量长宽比一致性的参数。

3.根据权利要求2所述的改进型YOLOv5的猕猴桃授粉花朵识别方法,其特征在于:所述步骤S9中,初始学习率设置为0.032,IOU阈值设置为0.01,模型训练时使用8个样本作为批处理单元,训练轮数为200轮;模型训练后得到最优的训练权重参数文件;利用最优权重参数文件对猕猴桃花图片进行识别测试,并根据识别场景对识别模型的性能进行评价。

4.根据权利要求3所述的改进型YOLOv5的猕猴桃授粉花朵识别方法,其特征在于:所述步骤S9中,对YOLOv5模型特征识别质量的评价标准用公式为:;

其中:P为被识别图像中真实位置的比例;R为测试集中被正确识别为正样本的比例;AP为检测算法的插值平均精度;TP为猕猴桃花的正确识别数量;FP为错误识别猕猴桃花的数量;FN为未检测到猕猴桃花的数量。

5.根据权利要求4所述的改进型YOLOv5的猕猴桃授粉花朵识别方法,其特征在于:所述步骤S3中,训练集、验证集和测试集的比例为7:2:1。