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轻量化CNN在大米分选中的性能评估与应用
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更新于2024-09-06
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本文主要探讨了"基于轻量化卷积神经网络的大米分选实验"这一主题,由董玉德和甘骐榕两位作者在合肥工业大学数字化设计与制造省级重点实验室以及安徽宏实光机电高科有限公司进行的研究。针对大米质量控制领域中人工分选效率低下的问题,他们将焦点放在了利用轻量化卷积神经网络(LCNN)来提升大米分类的精确性和实时性能。 研究对象包括MobileNet、Xception和ShuffleNet三种轻量级CNN模型,这些模型在碎米(broken rice)与垩白米(chalky rice)的区分任务中进行了实验评估。传统的手动分选方法已难以满足现代大米生产的需求,因此,通过与传统方法的比较,研究人员旨在验证LCNN技术在大米分选领域的实际应用价值。 实验结果显示,轻量化卷积神经网络不仅在大米分选任务中表现出高精度,而且由于其轻量化特性,能够在保持良好性能的同时实现快速处理,确保了检测过程的实时性。这对于提高大米生产效率,降低人工成本,以及保证产品质量具有重要意义。 关键词方面,文章聚焦于“大米”、“色选”、“卷积神经网络”以及“轻量化”,强调了这项研究对于粮食加工行业的技术创新和提升技术含量的重要性。整个研究结果不仅有助于推动农业现代化进程,也为其他需要高效实时分类的领域提供了新的思路和技术支持。 总结来说,这篇论文深入研究了轻量化卷积神经网络在大米分选中的应用潜力,展示了其在实际生产场景中的可行性和优越性,为今后的粮食质量控制技术发展提供了有力的理论基础和实践案例。
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基于轻量化卷积神经网络的大米分选实验
董玉德
1
,甘骐榕
1
,徐道际
2*
(1. 合肥工业大学数字化设计与制造省级重点实验室,合肥,230009;
2. 安徽宏实光机电高科有限公司,合肥,230051) 5
作者简介:董玉德(1966-),男,教授,主要研究方向为制造业信息化. E-mail: yddong@hfut.edu.cn
摘要:在大米质量控制的问题上,传统的人工分选方法已经无法满足生产要求。通过对轻量
化卷积神经网络在大米分类问题上的研究,检验了 MobileNet、Xception、ShuffleNet 三个轻
量化卷积神经网络在碎米与垩白米分选问题上的效果,并与若干传统方法做了对比。结果证
明轻量化卷积神经网络一方面能有效分选碎米与垩白米,另一方面能保证检测的实时性。 10
关键词:大米;色选;卷积神经网络;轻量化
中图分类号:TP391.41
Rice classification based on lightweight convolution neural
network
15
DONG Yude
1
, GAN Qirong
1
, XU Daoji
2
(1. Provincial Key Laboratory of Digital Design and Manufacture, Hefei University of Technology,
Hefei 230009;
2. Anhui Hongshi Optoelectronic High-tech Co. Ltd. ,Hefei 230601)
Abstract: On the issue of rice quality control, traditional manual sorting methods have been unable to 20
meet production requirements. Through the research on lightweight convolutional neural network in
rice classification, the effect of three lightweight convolutional neural networks (MobileNet, Xception,
and ShuffleNet) on the classification of broken rice and chalky rice was examinedand compared with
several traditional methods. The results prove that the lightweight convolutional neural network can
ensure real-time detection while effectively sorting broken rice and chalky rice.
25
Keywords: rice; classification; convolution neural network; lightweight
0 引言
大米是人类主食之一,是人类生存的必需品。随着生活水平的提高,人们对于生活质量30
的要求也水涨船高,在食材选择上有了更多的要求。把控大米质量,不仅有利于食用者的身
体健康,也有助于成品大米的销售,使生产者获得更多利润,大米分选正是生产中品控必不
可少的重要一环。
大米分选最初是以人工进行的,筛子等工具能帮助工人筛选残缺明显或者严重畸形的大
米,然而外形缺陷不明显的大米与颜色不正常的大米却无法通过工具处理。此外,人工处理35
难免主观性,首先个人对标准的理解与类别的划分有主观的理解,其次色弱色盲等视觉异常
现象直接影响个人判断,最后工作环境的光照、观察视角的变化、甚至长期工作导致的状态
下滑等因素都会影响分选结果。
为了客服主观性问题,计算机视觉技术被引入大米分选领域。相较于人类视觉,计算机
视觉的分选标准设定更加准确,色彩、形状的信息采集结果更加稳定,封闭工作空间、控制40
环境光照更加方便,稳定工作时间也大大增长,具有极大的优势。
通过计算机视觉系统进行分选的关键在于图像特征提取与分类。传统的分选方法中,特
征提取与分类算法是由研究者自己指定、手工设定参数的,如米粒的外形参数如长宽比、圆
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