識別蘋果物候期科研

在實(shí)現(xiàn)智慧果園的道路上，需要解決的問題有很多，比如不同時期下的果實(shí)大小、形狀變化等識別，尤其是在自然環(huán)境下，影響因素更多，識別的難度與精度都會受到影響，這對于智慧果園的研發(fā)與應(yīng)用均會造成一定程度的困擾。

以蘋果物候期為例，需先后經(jīng)歷花期、孕果期、果實(shí)膨大期、成熟期階段，不同階段的表現(xiàn)形式也有所區(qū)別。

第一階段：花期

蘋果樹在春季會開始開花，一些品種可能會比其他品種早一點(diǎn)?；ㄆ诳梢猿掷m(xù)1-2周左右，具體時間還與氣候和品種有關(guān)。在花期，蘋果樹需要足夠的陽光和水分，以確?；ǘ涞男纬珊烷_花。

第二階段：孕果期

花期過后，蘋果樹會進(jìn)入孕果期。這個階段大約持續(xù)6-8周左右，具體時間還與氣候和品種有關(guān)。在孕果期，花瓣會漸漸脫落，然后就能看到小小的果實(shí)了。

第三階段：果實(shí)膨大期

果實(shí)膨大期是蘋果成長過程中最重要的階段之一，因?yàn)樵谶@個階段，蘋果會膨脹和增加重量，大約持續(xù)6-8周左右，具體時間還與氣候和品種有關(guān)。在這期間，果實(shí)的大小和形狀將開始變得更加明顯。

第四階段：果實(shí)成熟期

蘋果會進(jìn)入果實(shí)成熟期。這個時期大約持續(xù)2-4周左右，具體時間還與氣候和品種有關(guān)。在這個時期，蘋果會逐漸變得更加甜美，顏色也會變得更加鮮艷。當(dāng)果實(shí)完全成熟后，就可以收獲了。

針對傳統(tǒng)方法對自然環(huán)境下蘋果物候期圖像識別精度低、覆蓋面不全等問題，四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息與農(nóng)村經(jīng)濟(jì)研究所，提出一種基于改進(jìn)ResNet50模型的蘋果物候期識別方法。

通過搭建球形攝像機(jī)獲取復(fù)雜背景下的蘋果圖像數(shù)據(jù)集，以ResNet50作為基礎(chǔ)模型，引入SE通道注意力機(jī)制強(qiáng)化對蘋果圖像的特征提取能力，并結(jié)合余弦退火衰減學(xué)習(xí)率的Adam優(yōu)化器，實(shí)現(xiàn)自然環(huán)境下高原紅富士蘋果物候期圖像的智能識別。

在32,000幅蘋果樹圖像集上進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果表明，改進(jìn)ResNet50模型對蘋果物候期圖像進(jìn)行識別，驗(yàn)證集準(zhǔn)確率達(dá)到96.35%，測試集準(zhǔn)確率達(dá)到91.94%，平均檢測時間為2.19 ms，相較于AlexNet、VGG16、ResNet18、ResNet34、ResNet101以及經(jīng)典ResNet50模型，最優(yōu)驗(yàn)證集準(zhǔn)確率分別提升了9.63%、5.07%、5.81%、4.55%、0.96%和2.33%。

改進(jìn)ResNet50可實(shí)現(xiàn)對蘋果物候期有效識別，該研究成果可為果園物候期識別提供參考，通過集成至果樹生育期智能監(jiān)測生產(chǎn)管理平臺，實(shí)現(xiàn)蘋果園區(qū)的智能化管控。

審核編輯 黃宇