本技术涉及农业无人机遥感影像处理技术,与现有技术相比,采用轻量化网络架构,便于部署在无人机硬件设备上实现实时检测,同时通过引入小尺度检测头和多头注意力机制,显著提升对无人机拍摄小目标麦穗的检测精度。本发明包括以下步骤:轻量级Yolov10的无人机遥感麦穗实时检测数据集处理;构建轻量级Yolov10的无人机遥感麦穗实时检测模型;轻量级Yolov10的无人机遥感麦穗实时检测模型的训练;轻量级Yolov10的无人机遥感麦穗实时检测模型的验证。本发明为利用无人机进行麦穗检测和小麦产量估计提供了一种可靠的技术框架。
背景技术
作为世界三大粮食作物之一,小麦在我国的产量和消费量均领先全球,为国内近一半人口提供主要粮食来源。快速准确的麦穗检测对监测小麦生长、产量预估和智能田间管理起着重要的作用。无人机遥感凭借其数据实时传输能力和高机动性,现已被广泛应用于农业生产领域。利用无人机遥感影像获取麦穗实时检测结果是现阶段智慧农业领域的研究热点。然而,现有的基于深度学习的图像检测算法的计算精度和可靠性通常建立在大量的网络参数及训练过程上,由于无人机设备的计算资源和存储容量的限制,该类算法很难部署于无人机硬件上。因此,利用轻量级检测算法高效准确的获取实时麦穗检测结果是无人机遥感技术能够应用于真实环境农田麦穗检测的关键。
随着人工智能技术的快速发展,基于深度学习的目标检测算法已成为现阶段麦穗检测的主要手段,其中两阶段目标检测算法可以实现较高的检测精度,但它们存在模型尺寸大、检测时间长等问题,因此很难部署于性能有限的无人机环境中;单阶段目标检测算法Yolo系列模型非常适合在嵌入式系统中部署,因为它们能够同时执行定位和分类,从而提高检测速度。
Yolo算法的核心思想是将目标检测问题转化为单个回归问题,直接通过卷积神经网络预测图像中目标的位置和类别。随着Yolo系列算法的不断发展,每个版本都在网络结构、损失函数、锚框调整以及分辨率等方面进行了优化和改进,显著提高了目标检测的速度和精度。其中Yolov10提出的一致性双重分配策略避免了非极大值抑制在推理过程中消除重复锚框的需要,大大减少了后处理时间,在相似检测精度的模型中实现了最快的推理速度。
然而,由于无人机的续航能力、功耗和性能限制,如何在检测速度和内存消耗之间获得平衡仍然是一项非常具有挑战性的任务。此外,无人机在自然田间条件下拍摄的图像背景复杂、麦穗尺寸大小不一等问题对算法的检测精度造成较大影响。为解决这些问题,本文对Yolov10模型进行了优化,使其轻量化以适应无人机硬件设备的部署要求,同时,通过引入多头注意力机制并增加检测头,有效提升模型对小目标麦穗的检测精度。该优化模型为麦穗检测和小麦产量估计提供了一种可靠的技术框架。
实现思路