在实现智慧果园的道路上,需要解决的问题有很多,比如不同时期下的果实大小、形状变化等识别,尤其是在自然环境下,影响因素更多,识别的难度与精度都会受到影响,这对于智慧果园的研发与应用均会造成一定程度的困扰。
以苹果物候期为例,需先后经历花期、孕果期、果实膨大期、成熟期阶段,不同阶段的表现形式也有所区别。
第一阶段:花期
苹果树在春季会开始开花,一些品种可能会比其他品种早一点。花期可以持续1-2周左右,具体时间还与气候和品种有关。在花期,苹果树需要足够的阳光和水分,以确保花朵的形成和开花。
第二阶段:孕果期
花期过后,苹果树会进入孕果期。这个阶段大约持续6-8周左右,具体时间还与气候和品种有关。在孕果期,花瓣会渐渐脱落,然后就能看到小小的果实了。
第三阶段:果实膨大期
果实膨大期是苹果成长过程中最重要的阶段之一,因为在这个阶段,苹果会膨胀和增加重量,大约持续6-8周左右,具体时间还与气候和品种有关。在这期间,果实的大小和形状将开始变得更加明显。
第四阶段:果实成熟期
苹果会进入果实成熟期。这个时期大约持续2-4周左右,具体时间还与气候和品种有关。在这个时期,苹果会逐渐变得更加甜美,颜色也会变得更加鲜艳。当果实完全成熟后,就可以收获了。
针对传统方法对自然环境下苹果物候期图像识别精度低、覆盖面不全等问题,四川省农业科学院农业信息与农村经济研究所,提出一种基于改进ResNet50模型的苹果物候期识别方法。
通过搭建球形摄像机获取复杂背景下的苹果图像数据集,以ResNet50作为基础模型,引入SE通道注意力机制强化对苹果图像的特征提取能力,并结合余弦退火衰减学习率的Adam优化器,实现自然环境下高原红富士苹果物候期图像的智能识别。
在32,000幅苹果树图像集上进行了试验,结果表明,改进ResNet50模型对苹果物候期图像进行识别,验证集准确率达到96.35%,测试集准确率达到91.94%,平均检测时间为2.19 ms,相较于AlexNet、VGG16、ResNet18、ResNet34、ResNet101以及经典ResNet50模型,最优验证集准确率分别提升了9.63%、5.07%、5.81%、4.55%、0.96%和2.33%。
改进ResNet50可实现对苹果物候期有效识别,该研究成果可为果园物候期识别提供参考,通过集成至果树生育期智能监测生产管理平台,实现苹果园区的智能化管控。
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