中文引用格式: 張超,劉賓,李坤. 基于改進YOLOv8的輕量化雜草識別算法研究[J]. 電子技術(shù)應用,2025,51(1):80-85.
英文引用格式: Zhang Chao,Liu Bin,Li Kun. Research on lightweight weed recognition algorithm based on improved YOLOv8[J]. Application of Electronic Technique,2025,51(1):80-85.
引言
在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,雜草的存在不僅會影響農(nóng)作物的正常生長,還會減少農(nóng)田的產(chǎn)量和降低土壤質(zhì)量,增加農(nóng)民的勞動成本和經(jīng)濟損失。因此,及時有效地識別和管理雜草至關重要。隨著科技的不斷進步,對雜草識別的研究逐漸成為焦點,通過先進的計算機視覺技術(shù)和機器學習算法[1],可以自動識別和分類雜草,為農(nóng)民提供準確的雜草管理方案,有效減少農(nóng)藥的使用,保護生態(tài)環(huán)境,提高農(nóng)田的生產(chǎn)力和經(jīng)濟效益[2-3]。
基于深度學習的目標檢測算法可以分為兩類:雙階段目標檢測算法和單階段目標檢測算法[4]。單階段目標檢測算法因其更快的識別速度而被廣泛應用于實時檢測場景[5]。在雜草識別領域,許多學者已經(jīng)成功地利用單階段檢測算法取得了顯著的成果[6]。袁濤等對YOLOv4算法進行改進,采用深度可分離卷積和逆殘差組件替代標準卷積和殘差組件,將K-means算法得到的邊界框尺寸應用到各尺度網(wǎng)絡層,并在PANet的自適應特征池輸出后添加GAN噪聲層,提高了檢測速度與檢測精度[7];陳承源等使用輕量級網(wǎng)絡GhostNet替換CSPDarknet以降低參數(shù)計算量,引入CA注意力機制以增強位置信息提取能力,并在Neck層引入GSconv以提高檢測精度[8];冀汶莉等提出了基于YOLOv5的輕量化雜草識別方法,該方法通過使用MSRCR算法對圖像進行預處理,然后采用PP-LCNet替換特征提取網(wǎng)絡,采用Ghost卷積模塊輕量化特征融合網(wǎng)絡,并添加NAM模塊增強特征提取能力,最后優(yōu)化主干網(wǎng)絡的激活函數(shù),以提高模型性能和降低計算量[9]。
為了提高目標的特征提取能力、增加檢測精度[10-11],并對模型進行輕量化,本文對YOLOv8網(wǎng)絡進行了改進[12]。首先,采用改進后的PP-LCNet替代了原有的主干網(wǎng)絡,同時引入了注意力機制SENetv2來增強主干特征提取網(wǎng)絡的性能。其次,將頸部網(wǎng)絡更換為Effcient-RepGFPN,并對其進行改進,將其中上采樣前的CSPStage模塊替換為RFAConv,以利用不同尺度的特征來提高目標檢測的性能。最后,采用了MPDIoU損失函數(shù)來增強模型的收斂性和穩(wěn)定性。
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作者信息:
張超,劉賓,李坤
(中北大學 信息與通信工程學院,山西 太原 030051)