江苏第二师范学院赵健清获国家专利权
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龙图腾网获悉江苏第二师范学院申请的专利一种基于深度学习的无人机影像麦苗识别方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN119152393B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-11-14发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202411186090.8,技术领域涉及:G06V20/17;该发明授权一种基于深度学习的无人机影像麦苗识别方法是由赵健清;张小虎;焦志银;石燕楠;袁锐迪设计研发完成,并于2024-08-27向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种基于深度学习的无人机影像麦苗识别方法在说明书摘要公布了:本发明公开了一种基于深度学习的无人机影像麦苗识别方法,能够输出麦苗的空间位置和角度方向等信息,所述识别模型的构建包括:S1、数据采集步骤;S2、数据处理步骤;S3、模型构建步骤,构建麦苗识别网络并进行训练,得到麦苗识别模型;S4、采用构建的麦苗识别模型进行麦苗识别,输出并保存麦苗预测框的位置和角度等信息;其特征在于S3新增微尺度检测层分支,并构建具有四种尺度的网络检测层;基于圆形平滑标签为每个麦苗角度进行分类,提取麦苗角度信息;在于S4基于旋转非极大值抑制算法,剔除重复的麦苗预测框。本发明提出的方案能够准确识别无人机影像中小尺寸麦苗,适用于复杂的田间场景,为麦苗识别提供技术参考。
本发明授权一种基于深度学习的无人机影像麦苗识别方法在权利要求书中公布了:1.一种基于深度学习的无人机影像麦苗识别方法,其特征在于它包括以下步骤: S1、数据采集,通过无人机获取小麦苗期可见光影像; S2、数据处理,增强数据图像,标注麦苗个体,并获得训练集和测试集; S3、模型构建,构建基于无人机平台的麦苗识别模型;所述麦苗识别模型的检测网络结构在多尺度特征中提取浅层的空间特征,并将该浅层的空间特征与深层的语义特征融合作为微尺度检测层分支;基于圆形平滑标签对麦苗方向特征进行角度分类,并处理角度的周期性;模型构建的具体步骤包括: S3-1、构建YOLOv5初始网络,在多尺度特征中提取更加浅层的空间特征,并与深层的语义特征融合;新增微尺度检测层分支,将特征图作为新的微尺度检测层,并构建具有四种尺度的网络检测层,生成麦苗多尺度特征图; S3-2、结合麦苗多尺度特征图和标注的麦苗角度信息,基于圆形平滑标签为每个麦苗角度进行分类,1°计为1类,共计360个类别;多尺度特征图生成具有中心点位置、长宽信息和角度信息的麦苗预测框;基于圆形平滑标签处理麦苗角度间的距离和周期性,圆形平滑标签的表达式如下: 其中,θ为麦苗定向框的角度,gx为高斯函数,r为高斯函数的窗口半径;结合高斯函数,设置具有周期性的标签编码,能够衡量麦苗检测框和麦苗边界框之间的角度距离,从而解决角度周期性问题; S3-3、根据多尺度特征图生成的麦苗预测框和人工标记的麦苗边界框构建网络的损失函数l;使用定位损失ed、分类损失es和置信度损失ei描述网络的误差l: l=ed+es+ei 式中,麦苗的角度特征被认定为分类任务,因此在分类损失es中新增麦苗角度的类别损失,并计算麦苗预测框和麦苗边界框的差距es: 其中,S2为检测层输出的特征图尺寸,B为锚框数量,θ是角度类别;Iij表示第i个网格中的第j个anchor是否可以检测到物体:检测到的值为1,未检测到的值为0;Pic代表物体为麦穗的概率,Piθ代表物体角度为的概率;Pic代表物体为麦苗的概率,Piθ代表物体角度为的概率;c∈class表示物体的类别总数; 采用完全交并比计算麦苗预测框和麦苗边界框的定位损失ed: 其中,areaar∩tr表示预测框和麦苗边界框取交集后的区域面积,areaar∪tr表示预测框和麦苗边界框取并集后的区域面积,ar代表预测框,tr代表麦苗边界框;lOb,Ogt代表预测框和边界框中心点的欧几里得距离,d代表能够包围两个框最小矩形的对角线距离;wgt和hgt代表边界框的长和宽,wb和hb代表预测框的长和宽;IoU为交并比,CIoU为完全交并比,υ和α表示基于交并比IoU和框的长、宽而计算得到的系数; ei为置信度损失,被定义为: 其中,λobj和λnoobj分别为置信度误差的权重,为预测框的置信度,Ci为真实目标的置信度;表示如果训练影像第i个网格中第j个预测框不存在真实目标,则为1,否则为0; S3-4、设置网络训练的超参数,进行训练,直到损失函数l收敛,得到麦苗识别模型,并生成麦苗预测框; S4、识别结果生成,采用S3构建的麦苗识别模型进行麦苗识别;结合旋转非极大值抑制算法,剔除重复的检测框;输出并保存麦苗预测框的位置、角度和置信度信息。
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