田間玉米苗期高通量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法

張小青 邵松 郭新宇 樊江川

摘要：目前對(duì)玉米出苗動(dòng)態(tài)檢測(cè)監(jiān)測(cè)主要是依靠人工觀測(cè)，耗時(shí)耗力且只能選擇小的樣方估算整體出苗情況。為解決人工出苗動(dòng)態(tài)管理不精準(zhǔn)的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)田間精細(xì)化管理，本研究以田間作物表型高通量采集平臺(tái)獲取的高時(shí)序可見(jiàn)光圖像和無(wú)人機(jī)平臺(tái)獲取的可見(jiàn)光圖像兩種數(shù)據(jù)源構(gòu)建了不同光照條件下的玉米出苗過(guò)程圖像數(shù)據(jù)集。考慮到田間存在環(huán)境背景復(fù)雜、光照不均等因素，在傳統(tǒng)Faster R-CNN的基礎(chǔ)上構(gòu)建殘差單元，使用ResNet50作為新的特征提取網(wǎng)絡(luò)來(lái)對(duì)Faster R-CNN進(jìn)行優(yōu)化，首先實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜田間環(huán)境下玉米出苗識(shí)別和計(jì)數(shù);進(jìn)而基于表型平臺(tái)所獲取的高時(shí)序圖像數(shù)據(jù)，對(duì)不同品種、不同密度的玉米植株進(jìn)行出苗動(dòng)態(tài)連續(xù)監(jiān)測(cè)，對(duì)各玉米品種的出苗持續(xù)時(shí)間和出苗整齊度進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。試驗(yàn)結(jié)果表明，本研究提出的方法應(yīng)用于田間作物高通量表型平臺(tái)出苗檢測(cè)時(shí)，晴天和陰天的識(shí)別精度分別為95.67%和91.36%;應(yīng)用于無(wú)人機(jī)平臺(tái)出苗檢測(cè)時(shí)晴天和陰天的識(shí)別精度分別91.43%和89.77%，可以滿足實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景下玉米出苗自動(dòng)檢測(cè)的需求。利用表型平臺(tái)可獲取時(shí)序數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步進(jìn)行了玉米動(dòng)態(tài)出苗檢測(cè)分析，結(jié)果表明利用本模型得到的動(dòng)態(tài)出苗結(jié)果與人工實(shí)際觀測(cè)具有一致性，說(shuō)明本研究提出的模型的具有魯棒性和泛化性。

關(guān)鍵詞：玉米苗期;Faster R-CNN;識(shí)別;計(jì)數(shù);出苗動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：S24文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：202103-SA003

引……