Revolutio<em></em>nizing maize yield estimation: The MLAENet approach for accurate and efficient tassel counting

玉米是一种重要的全球作物,需要精确的流苏计数来估计产量和作物管理,传统上是手工或通过基本的成像和机器学习技术完成的。

然而,由于环境干扰和人工计数的繁琐性质,这些方法摇摇晃晃。最近的进展是利用基于深度学习的目标检测,特别是深度卷积神经网络(cnn)来提高准确性和效率。然而,这些方法由于玉米流苏尺度的变化和背景的复杂,导致检测效率低下。

目前的研究正在探索密度图估计方法来克服这些限制。这些方法提供了改进的空间分布可视化和减少人工标记工作。然而,如何使这些方法有效地适应不同的流苏大小、复杂的背景以及对快速准确计数的需要,仍然是一个挑战。

Plant Phenomics发表了一篇题为“用于计算野生玉米穗子的多尺度点监督网络”的研究文章。

该研究引入了一种称为多尺度生命注意增强网络(MLAENet)的新方法,使用点级注释对玉米流穗进行计数。该方法包括一个多列生命特征提取模块,该模块利用多个扩展卷积生成比尺相关的密度图,以及一个多特征增强模块,该模块集成了一个注意力策略,用于区分复杂背景中的流苏。

此外,一个创新的上采样模块被称为UP-Block,旨在提高密度图的质量。在两个公共数据集上验证了MLAENet的有效性,显示出比现有方法更高的计数精度和推理速度。

实验设计涉及复杂的软件和硬件设置,包括PyTorch, CUDA和NVIDIA GeForce RTX 3090Ti。采用高斯滤波方法生成密度图,并根据玉米穗距自适应确定传播参数。

模型训练采用混合训练集和验证集的5倍交叉验证,使用预训练的VGG16权值和高斯初始化。使用Adam优化器对每个数据集进行特定学习率的训练。

MAE、RMSE、R2和SMAPE等评估指标显示MLAENet具有较高的准确性和鲁棒性,特别是在不同规模的场景中。与MCNN、CSRNet和MPS等最先进的方法进行比较分析表明,MLAENet在密度图估计和计数精度方面都具有优势。

该模型能有效地将玉米穗子与其他植物区分开来,即使在射击距离大或严重闭塞等具有挑战性的条件下也是如此。在推理速度方面,MLAENet明显优于其他网络,在保持高精度的同时,在标准分辨率图像上实现了令人印象深刻的32.90 FPS的速度。

该模型的设计,包括LCB,确保了速度和准确性之间的平衡,使其适合实时应用。消融研究强调了各种组件如NAM、UP-Block和LCB在增强模型性能方面的重要性。

总之,MLAENet代表了玉米流穗计数的突破,提供了高质量的密度图和跨不同场景的稳健性能。未来的改进可能涉及实现先进的特征提取方法,以进一步提高网络效率。