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基于深度學習的植物表型圖像識別技術綜述

文章來源: | 2021-01-26

植物是地球上不可缺少的資源,它們在環境保護、醫藥、農業開發、食品相關應用等方面具有重要意義。然而,植物種類和病害鑒定、植物生產的評價等工作,變得越來越復雜。植物研究的一個重要起點是植物表型的鑒定,植物表型是指植物可測量的特征和性狀,是植物受自身基因表達、環境影響相互作用的結果, 也是決定農作物產量、品質和抗逆性等性狀的重要因素。傳統的植物表型鑒定方法包括人工鑒定、植物化學分類、解剖學方法、形態學方法和遺傳學方法,這些方法實施困難、效率低、準確性不穩定。隨著計算機技術的發展和普及,圖像識別技術日趨成熟,已成功應用于人臉識別、目標檢測、醫學成像等諸多領域。植物表型圖像識別(PPIR)是智能農業的一個重要分支。近年來,深度學習在圖像識別方面取得了重大突破。因此,基于深度學習的植物表型圖像識別技術越來越受到人們的重視。表1顯示了最近的相關評論。

 

表1 最近的相關評論

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本文首先介紹了植物表型圖像識別技術的發展和應用,然后對其進行了分類和分析。其次,介紹了四種深度學習方法的原理及其在植物表型圖像識別中的應用。這些方法包括卷積神經網絡(convolutional neural network, CNN)、深度信念網絡(deep beliefnetwork, DBN)、遞歸神經網絡(recurrent neural network, RNN)和 堆疊自編碼器(stackedautoencoder, SAE),并將其應用于植物物種識別、植物病害診斷等。最后,討論了植物表型圖像識別中深度學習的難點和挑戰。
 
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圖1 基于結構匹配方法的植物表型圖像識別流程圖

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圖2 基于數理統計方法的植物表型圖像識別流程圖

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圖3 基于機器學習的植物表型圖像識別流程圖(支持向量機,SVM)

表2 植物表型圖像識別技術的優缺點比較
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圖4 植物表型圖像識別淺層網絡學習模型的流程圖

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圖5植物表型圖像識別深度學習模型的流程圖

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圖6 DBN結構示意圖及基于DBN的植物表型圖像識別流程圖

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圖7 SAE結構示意圖及基于SAE的植物表型圖像識別流程圖

表3 深度學習方法的優缺點比較
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Xiong J, Yu D, Liu S, et al. A Review of Plant Phenotypic Image Recognition Technology Based on Deep Learning. Electronics, 2021, 10, 81.

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