基于卷积神经网络红提葡萄果穗成熟度检测研究
发布时间：2021-04-14 09:04
红提葡萄是鲜食葡萄的优质品种,其产量在我国葡萄产量中居于首位。红提是非呼吸跃变型果实,采摘后无后熟期,选择最佳采摘期对采后红提葡萄品质至关重要,而依靠人眼判断葡萄成熟度效率低,由于易发生果穗成熟度误判而导致过早采摘或过熟采摘。因此,如何快速准确判断红提葡萄果穗的成熟度是提高红提葡萄商品率亟待解决的问题。本研究针对自然环境下红提葡萄果穗,采用图像法开展葡萄成熟度分类的研究,首先采用卷积神经网络不同迁移模型对田间红提葡萄果穗进行识别,然后采用合适的方法对识别出的果穗图像进行背景分割,再采用圆形Hough变换法检测葡萄果粒,并结合颜色特征判断葡萄果粒成熟度,最后开发算法实现红提葡萄果穗成熟度较准确判别。本研究取得的主要结果如下:（1）在5种卷积神经网络分别作为区域候选网络与Fast R-CNN结合的迁移学习的网络模型中,VGG16网络的综合识别效果最好,将学习率调整为0.0001,循环次数调整为20次时,得到最优红提葡萄果穗Faster R-CNN识别模型,平均检测时间26 ms,精度达99.07%,模型识别置信度均在0.88以上。（2）K最近邻（K-nearest neighbor,KNN...
【文章来源】：石河子大学新疆维吾尔自治区 211工程院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
便携式近红外光谱仪通过接触探针检测葡萄可溶性固形物含量（Herreraetal.,2003）
基于卷积神经网络红提葡萄果穗成熟度检测研究2Nogales-Bueno等（2014）针对成熟期间葡萄果穗的高光谱图像，用光谱预处理和偏最小二乘回归法将光谱数据与内部品质参数关联，能够实现对红葡萄和白葡萄成熟度的检测[16]。但以上检测方法是对采后葡萄成熟度的识别，而且光谱法由于其检测装置复杂且成本高，尚未在葡萄成熟度检测中有实际应用[17-18]。图1-1便携式近红外光谱仪通过接触探针检测葡萄可溶性固形物含量（Herreraetal.,2003）Fig.1-1Portablenear-infraredspectrometertodetectsolublesolidscontentofgrapesbycontactprobe（Herreraetal.,2003）图1-2近红外高光谱成像检测葡萄内部品质（Nogales-Buenoetal.,2014）Fig.1-2Near-infraredhyperspectralimagingtodetectgrapeinternalquality（Nogales-Buenoetal.,2014）2010年，Ghozlen等采用如图1-3所示的光学传感器，通过对葡萄果粒花色苷含量的检测判断田间葡萄果穗的成熟度[19]。Bramley等（2011）将该传感器安装于收获机上检测葡萄园中葡萄果穗成熟度[20]。但该方法每次仅能检测一穗葡萄，效率低，而且光学传感器价格昂贵，无法普及。图1-3Multiplex传感器检测葡萄果穗成熟度（Ghozlenetal.,2010）Fig.1-3TheMultiplexsensorforgrapeclustersmaturitydetection（Ghozlenetal.,2010）颜色是水果的一个重要外部特征，曹雄军等（2009）研究表明红提果肉中糖、酸的含量与决定果皮颜色特征的叶绿素、类胡萝卜素、花色苷的含量均呈极显著相关[21]，莫
基于卷积神经网络红提葡萄果穗成熟度检测研究2Nogales-Bueno等（2014）针对成熟期间葡萄果穗的高光谱图像，用光谱预处理和偏最小二乘回归法将光谱数据与内部品质参数关联，能够实现对红葡萄和白葡萄成熟度的检测[16]。但以上检测方法是对采后葡萄成熟度的识别，而且光谱法由于其检测装置复杂且成本高，尚未在葡萄成熟度检测中有实际应用[17-18]。图1-1便携式近红外光谱仪通过接触探针检测葡萄可溶性固形物含量（Herreraetal.,2003）Fig.1-1Portablenear-infraredspectrometertodetectsolublesolidscontentofgrapesbycontactprobe（Herreraetal.,2003）图1-2近红外高光谱成像检测葡萄内部品质（Nogales-Buenoetal.,2014）Fig.1-2Near-infraredhyperspectralimagingtodetectgrapeinternalquality（Nogales-Buenoetal.,2014）2010年，Ghozlen等采用如图1-3所示的光学传感器，通过对葡萄果粒花色苷含量的检测判断田间葡萄果穗的成熟度[19]。Bramley等（2011）将该传感器安装于收获机上检测葡萄园中葡萄果穗成熟度[20]。但该方法每次仅能检测一穗葡萄，效率低，而且光学传感器价格昂贵，无法普及。图1-3Multiplex传感器检测葡萄果穗成熟度（Ghozlenetal.,2010）Fig.1-3TheMultiplexsensorforgrapeclustersmaturitydetection（Ghozlenetal.,2010）颜色是水果的一个重要外部特征，曹雄军等（2009）研究表明红提果肉中糖、酸的含量与决定果皮颜色特征的叶绿素、类胡萝卜素、花色苷的含量均呈极显著相关[21]，莫
【参考文献】：
期刊论文
[1]International Conference on Robotics and Automation（ICRA 2020）[J]. 智能系统学报. 2019(06)
[2]基于Mask R-CNN的葡萄叶片实例分割[J]. 乔虹,冯全,赵兵,王书志. 林业机械与木工设备. 2019(10)
[3]基于形态学和区域生长法的医学图像分割[J]. 范群贞,吴浩,林真. 机电技术. 2019(03)
[4]基于Faster-RCNN的花生害虫图像识别研究[J]. 陶震宇,孙素芬,罗长寿. 江苏农业科学. 2019(12)
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[7]基于改进K均值聚类的葡萄果穗图像分割[J]. 刘智杭,于鸣,任洪娥. 江苏农业科学. 2018(24)
[8]基于区域生长算法的脑肿瘤图像分割[J]. 蒋秋霖,王昕. 长春工业大学学报. 2018(05)
[9]基于otsu和区域生长的肺部CT图像分割方法[J]. 陈亚楠,陈丽芳,芦国军. 无线互联科技. 2018(17)
[10]基于电势能改进的区域生长脑肿瘤图像分割[J]. 蒋秋霖,王昕. 软件工程. 2018(08)
硕士论文
[1]基于边缘提取与分水岭分割相融合的柑橘检测方法研究[D]. 沈文斌.南华大学 2018
[2]基于机器视觉的苹果特征选择和分类识别系统[D]. 侯大军.江苏大学 2010
[3]套袋对红地球葡萄色泽发育及果实品质的影响[D]. 李灿婴.甘肃农业大学 2006
本文编号：3137057
【文章来源】：石河子大学新疆维吾尔自治区 211工程院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
便携式近红外光谱仪通过接触探针检测葡萄可溶性固形物含量（Herreraetal.,2003）
基于卷积神经网络红提葡萄果穗成熟度检测研究2Nogales-Bueno等（2014）针对成熟期间葡萄果穗的高光谱图像，用光谱预处理和偏最小二乘回归法将光谱数据与内部品质参数关联，能够实现对红葡萄和白葡萄成熟度的检测[16]。但以上检测方法是对采后葡萄成熟度的识别，而且光谱法由于其检测装置复杂且成本高，尚未在葡萄成熟度检测中有实际应用[17-18]。图1-1便携式近红外光谱仪通过接触探针检测葡萄可溶性固形物含量（Herreraetal.,2003）Fig.1-1Portablenear-infraredspectrometertodetectsolublesolidscontentofgrapesbycontactprobe（Herreraetal.,2003）图1-2近红外高光谱成像检测葡萄内部品质（Nogales-Buenoetal.,2014）Fig.1-2Near-infraredhyperspectralimagingtodetectgrapeinternalquality（Nogales-Buenoetal.,2014）2010年，Ghozlen等采用如图1-3所示的光学传感器，通过对葡萄果粒花色苷含量的检测判断田间葡萄果穗的成熟度[19]。Bramley等（2011）将该传感器安装于收获机上检测葡萄园中葡萄果穗成熟度[20]。但该方法每次仅能检测一穗葡萄，效率低，而且光学传感器价格昂贵，无法普及。图1-3Multiplex传感器检测葡萄果穗成熟度（Ghozlenetal.,2010）Fig.1-3TheMultiplexsensorforgrapeclustersmaturitydetection（Ghozlenetal.,2010）颜色是水果的一个重要外部特征，曹雄军等（2009）研究表明红提果肉中糖、酸的含量与决定果皮颜色特征的叶绿素、类胡萝卜素、花色苷的含量均呈极显著相关[21]，莫
基于卷积神经网络红提葡萄果穗成熟度检测研究2Nogales-Bueno等（2014）针对成熟期间葡萄果穗的高光谱图像，用光谱预处理和偏最小二乘回归法将光谱数据与内部品质参数关联，能够实现对红葡萄和白葡萄成熟度的检测[16]。但以上检测方法是对采后葡萄成熟度的识别，而且光谱法由于其检测装置复杂且成本高，尚未在葡萄成熟度检测中有实际应用[17-18]。图1-1便携式近红外光谱仪通过接触探针检测葡萄可溶性固形物含量（Herreraetal.,2003）Fig.1-1Portablenear-infraredspectrometertodetectsolublesolidscontentofgrapesbycontactprobe（Herreraetal.,2003）图1-2近红外高光谱成像检测葡萄内部品质（Nogales-Buenoetal.,2014）Fig.1-2Near-infraredhyperspectralimagingtodetectgrapeinternalquality（Nogales-Buenoetal.,2014）2010年，Ghozlen等采用如图1-3所示的光学传感器，通过对葡萄果粒花色苷含量的检测判断田间葡萄果穗的成熟度[19]。Bramley等（2011）将该传感器安装于收获机上检测葡萄园中葡萄果穗成熟度[20]。但该方法每次仅能检测一穗葡萄，效率低，而且光学传感器价格昂贵，无法普及。图1-3Multiplex传感器检测葡萄果穗成熟度（Ghozlenetal.,2010）Fig.1-3TheMultiplexsensorforgrapeclustersmaturitydetection（Ghozlenetal.,2010）颜色是水果的一个重要外部特征，曹雄军等（2009）研究表明红提果肉中糖、酸的含量与决定果皮颜色特征的叶绿素、类胡萝卜素、花色苷的含量均呈极显著相关[21]，莫
【参考文献】：
期刊论文
[1]International Conference on Robotics and Automation（ICRA 2020）[J]. 智能系统学报. 2019(06)
[2]基于Mask R-CNN的葡萄叶片实例分割[J]. 乔虹,冯全,赵兵,王书志. 林业机械与木工设备. 2019(10)
[3]基于形态学和区域生长法的医学图像分割[J]. 范群贞,吴浩,林真. 机电技术. 2019(03)
[4]基于Faster-RCNN的花生害虫图像识别研究[J]. 陶震宇,孙素芬,罗长寿. 江苏农业科学. 2019(12)
[5]重叠苹果果实的分离识别方法[J]. 车金庆,王帆,吕继东,马正华. 江苏农业学报. 2019(02)
[6]基于Faster R-CNN的田间西兰花幼苗图像检测方法[J]. 孙哲,张春龙,葛鲁镇,张铭,李伟,谭豫之. 农业机械学报. 2019(07)
[7]基于改进K均值聚类的葡萄果穗图像分割[J]. 刘智杭,于鸣,任洪娥. 江苏农业科学. 2018(24)
[8]基于区域生长算法的脑肿瘤图像分割[J]. 蒋秋霖,王昕. 长春工业大学学报. 2018(05)
[9]基于otsu和区域生长的肺部CT图像分割方法[J]. 陈亚楠,陈丽芳,芦国军. 无线互联科技. 2018(17)
[10]基于电势能改进的区域生长脑肿瘤图像分割[J]. 蒋秋霖,王昕. 软件工程. 2018(08)
硕士论文
[1]基于边缘提取与分水岭分割相融合的柑橘检测方法研究[D]. 沈文斌.南华大学 2018
[2]基于机器视觉的苹果特征选择和分类识别系统[D]. 侯大军.江苏大学 2010
[3]套袋对红地球葡萄色泽发育及果实品质的影响[D]. 李灿婴.甘肃农业大学 2006
本文编号：3137057
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