YOLO v5s-CBD: 提升植物识别的轻量化模型

"这篇论文由马宏兴等人撰写，发表在《农业机械学报》上，探讨了基于改进YOLO-v5s的轻量化植物识别模型。针对原YOLO-v5s模型在处理复杂背景下的植物识别问题，研究团队提出了YOLO-v5s-CBD模型。该模型引入了Transformer模块的BoTNet主干网络，结合卷积和自注意力机制，增强了模型对全局信息的捕捉能力。同时，模型还融合了坐标注意力机制，提升了对通道和位置信息的敏感性。为了优化模型结构并减小其体积，YOLO-v5s-CBD应用了深度可分离卷积。实验结果显示，该模型在Nvidia GTX A5000 GPU上的运行帧率为140帧/s，模型大小为8.9MB，取得了高精度、高召回率和高F1分数，显示了出色的植物识别性能。" 在当前的植物识别领域，快速准确地识别不同种类的植物对于环境监测、生态保护以及农业生产和研究至关重要。YOLO (You Only Look Once) 是一种实时目标检测系统，尤其适用于实时场景。YOLO-v5s 是YOLO系列的一个变体，以其高效和高精度而被广泛采用。然而，YOLO-v5s 在处理复杂背景时可能遇到挑战，其较大的参数量也可能影响到模型的部署和计算效率。 论文中提出的YOLO-v5s-CBD模型进行了多方面的改进，以适应复杂的植物识别任务。首先，引入Transformer模块的BoTNet作为特征提取网络的一部分，Transformer的自注意力机制能够处理长距离依赖，增强模型对全局信息的理解。其次，坐标注意力机制（Coordinate Attention, CA）的加入，使得模型能够更好地理解目标的位置信息，这对于植物识别这类需要精细定位的任务尤其重要。此外，使用SIoU函数改进了损失函数，解决了预测边界框与真实边界框的匹配问题，提高了定位的准确性。 深度可分离卷积（Depthwise Separable Convolution, DSC）是轻量化模型的关键组件。它将传统的卷积分解为深度卷积和1x1卷积，显著减少了计算量和模型复杂度，从而实现了模型的小型化而不牺牲太多性能。实验数据显示，YOLO-v5s-CBD在保持高性能的同时，模型大小仅为8.9MB，这大大有利于在资源有限的设备上部署。 此外，模型的性能评估也反映了其有效性。在VOC数据集上，YOLO-v5s-CBD的平均精度均值（mAP）达到了95.7%，F1分数为94.0%，精确率P为95.1%，召回率R为92.9%，这些指标均表明模型在植物识别任务上的出色表现。这些结果证实了所提出的改进模型对于植物识别任务的优越性，为未来类似的识别系统提供了有价值的参考和实践基础。