基于密度估計(jì)和VGG-Two的大豆籽粒快速計(jì)數(shù)方法

王瑩 李越 武婷婷 孫石 王敏娟

摘要：為快速準(zhǔn)確計(jì)數(shù)大豆籽粒，提高大豆考種速度和育種水平，本研究提出了一種基于密度估計(jì)和 VGG-Two （VGG-T）的大豆籽粒計(jì)數(shù)方法。首先針對大豆籽粒計(jì)數(shù)領(lǐng)域可用圖像數(shù)據(jù)集缺乏的問題，提出了基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的預(yù)標(biāo)注和人工修正標(biāo)注相結(jié)合的快速目標(biāo)點(diǎn)標(biāo)注方法，加快建立帶標(biāo)注的公開可用大豆籽粒圖像數(shù)據(jù)集。其次構(gòu)建了適用于籽粒圖像數(shù)據(jù)集的VGG-T 網(wǎng)絡(luò)計(jì)數(shù)模型，該模型基于VGG16，結(jié)合密度估計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)從單一視角大豆籽粒圖像中準(zhǔn)確計(jì)數(shù)籽粒。最后采用自制的大豆籽粒數(shù)據(jù)集對 VGG-T 模型進(jìn)行測試，分別對有無數(shù)據(jù)增強(qiáng)的計(jì)數(shù)準(zhǔn)確性、不同網(wǎng)絡(luò)的計(jì)數(shù)性能以及不同測試集的計(jì)數(shù)準(zhǔn)確性進(jìn)行了對比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，快速目標(biāo)點(diǎn)標(biāo)注方法標(biāo)注37，563個大豆籽粒只需花費(fèi)197 min ，比普通人工標(biāo)注節(jié)約了1592 min ，減少約96%的人工工作量，大幅降低時間成本和人工成本;采用VGG-T 模型計(jì)數(shù)，其評估指標(biāo)在原圖和補(bǔ)丁（patch）情況下的平均絕對誤差分別為0.6和0.2，均方誤差為0.6和0.3，準(zhǔn)確性高于傳統(tǒng)圖像形態(tài)學(xué)操作以及ResNet18、ResNet18-T 和VGG16網(wǎng)絡(luò)。在包含不同密度大豆籽粒的測試集中，誤差波動較小，仍具有優(yōu)良的計(jì)數(shù)性能，同時與人工計(jì)數(shù)和數(shù)粒儀相比，計(jì)數(shù)11，350個大豆籽粒分別節(jié)省大約2.493h和0.203h ，實(shí)現(xiàn)大豆籽粒的快速計(jì)數(shù)任務(wù)。

關(guān)鍵詞：卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);籽粒計(jì)數(shù);籽粒圖像;點(diǎn)標(biāo)注;密度圖; VGG-Two;育種

中圖分類號： TP391.4;TP183文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：202101-SA002

引用格式：王瑩， 李越， 武婷婷……