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农业与技术 ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (1): 50-56.DOI: 10.19754/j.nyyjs.20250115011

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针对移动除草设备的YOL05轻量级网络优化与杂草检测方法

何滨 荆振鹏   

  1. 西南交通大学计算机与人工智能学院,四川成都610000
  • 出版日期:2025-01-15 发布日期:2025-01-15
  • 作者简介:何滨(1969-),男,硕士,副教授。研究方向:嵌入式、目标检测:荆振鹏(1999-),男,硕士在读。研究方向:目标检测。
  • Online:2025-01-15 Published:2025-01-15

摘要: 针对当前杂草检测算法普遍面临的模型参数量庞大、实时检测性能不佳以及难以适配移动除草设备等挑 战,提出了一种高效且轻量化的网络模型。该模型的核心在于对YOLOv:5框架的整体改造与优化,旨在实现资源 占用最小化与检测性能的最优化平衡。具体而言,引入了基于Bottleneck设计的ShuffleNet V2网络作为YOLOv5 的骨千架构,这一举措有效利用了Su田eNet V2在保持高效推理速度的同时减少参数量的优势。进一步地,将原 卷积模块与C3模块分别替换为CSconv模块和C3Gost模块,这些轻量化组件不仅减轻了计算负担,还通过更高 效的特征提取机制捉升了模型性能。为增强模型在复杂多变环境中的目标识别能力,融入了无参数SiAM注意 力机制,该机制无需额外学习参数即可动态调整特征图的重要性,从而增强了模型对关键信息的敏感度。同时, 还集成了轻量级的空间组增强模块($GE),该模块通过优化空间特征分布,进一步提升了模型的鲁棒性和准确 性。为了验证改进后的模型能够适配移动设备,将此模型移植到Jetson nano开发板上进行试验,数据集为芝麻作 物与杂草检测数据集。实验数据表明:经过这一系列改进后,新模型的参数量仅为原始YOL0v5网络的1V5,模 型体积压缩至2.9MB,在开发板上的帧率为23s,一般摄像头拍摄的视频帧率为25印s,基本可以在开发板上流 畅运行,尽管模型准确率略有下降(仅0.09%),但这一微小栖牲换来了模型在资源受限条件下的卓越表现,实 现了检测精度与计算效率的完美平衡。

关键词: 轻量化网络;YOLOv5;ShuffleNet V2;SimAM注意力机制

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