《基于低空無人機(jī)影像和 YOLOv3 實(shí)現(xiàn)棉田雜草檢測》

單位：石河子大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院
作者：薛金利

數(shù)據(jù)獲取

設(shè)備：大疆 DJI 四旋翼無人機(jī)悟 Inspire l PRO
相機(jī)：大疆禪思 X5 可見光相機(jī)
拍照：懸停拍攝，三組對照（5、10、20m）
照片：最大分辨率 4608 pixel×3456 pixel，24 位真彩色 JEPG 格式
作者考慮：深度學(xué)習(xí)算法需要人工標(biāo)注樣本數(shù)據(jù)，如果分辨率太低，會對人工樣本標(biāo)注產(chǎn)生困難

模型構(gòu)建

（1） 改變YOLOv3模型目標(biāo)框尺寸

目標(biāo)框 （anchor boxes） 是一組寬高比固定的初始候選框，其設(shè)定的好壞將影響目標(biāo)檢測的精度和速度。YOLOv3通過對 VOC2007 數(shù)據(jù)集和 COCO 數(shù)據(jù)集聚類來獲得初始的候選框?qū)捀?#xff0c;與實(shí)際研究對象大小具有明顯差異。

使用 k-means++ 算法來完成初始種子點(diǎn)選擇，采用 IoU 取代歐氏距離以消除候選框差異帶來的干擾。

（2）增加YOLOv3模型預(yù)測尺度

為解決小目標(biāo)識別效果差、定位不精準(zhǔn)的問題，YOLOv3 采用了跨尺度檢測方法。

即首先經(jīng)過所有卷積得到第一個(gè) 13×13 的特征圖譜，在這個(gè)特征圖譜上做第一次預(yù)測，此時(shí)下采樣倍數(shù)為 32，特征圖感受野比較大，適合檢測圖像中尺寸比較大的目標(biāo)；然后將本層 13×13 的特征圖譜經(jīng)過×2 上采樣擴(kuò)充到 26×26，并與上層中 26×26 的特征圖譜拼接，得到新的 26×26 的特征圖譜，在該特征尺度上進(jìn)行第二次預(yù)測，此時(shí)得到的特征圖譜是相對輸入圖像 16 倍下采樣，具有中尺度感受野，適合檢測中等尺度對象；最后，將本層 26×26 的特征圖譜經(jīng)過×2 上采樣擴(kuò)充到 52×52，檢測小尺度對象。

本研究棉花幼苗和雜草目標(biāo)更小（分辨率低），所以增加104×104尺度。

數(shù)據(jù)集構(gòu)建

三種分辨率統(tǒng)一到10000個(gè)。

訓(xùn)練集:測試集=9:1。

采用多尺度訓(xùn)練策略，由于模型下采樣因子為 32，因此訓(xùn)練過程中圖像隨機(jī)變換的尺寸大小為 32 的倍數(shù)，變化范圍為 320 pixel×320 pixel 到 608 pixel×608 pixel。訓(xùn)練時(shí)采用隨機(jī)旋轉(zhuǎn)、縮放、翻轉(zhuǎn)、平移等方式來擴(kuò)充數(shù)據(jù)集。

模型評價(jià)

疑問

（1） 模型評價(jià)中的精度指標(biāo)是逐像素對比嗎？這樣的話打標(biāo)簽的時(shí)候?qū)﹄s草是要勾勒邊緣嗎？
（2） YOLOv3卷積得到第一個(gè) 13×13 的特征圖譜，下采樣倍數(shù)為 32，其中32是什么意思？

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的【笔记】基于低空无人机影像和 YOLOv3 实现棉田杂草检测的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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