基于改进YOLO v4的自然环境苹果轻量级检测方法

作者：王卓; 王健; 王枭雄; 时佳; 白晓平; 赵泳嘉

来源：农业机械学报, 2022, 53(08): 294-302.

DOI：10.6041/j.issn.1000-1298.2022.08.031

• 采摘机器人
• 苹果检测
• YOLO v4
• 轻量化
• 注意力机制
• 迁移学习

针对苹果采摘机器人识别算法包含复杂的网络结构和庞大的参数体量，严重限制检测模型的响应速度问题，本文基于嵌入式平台，以YOLO v4作为基础框架提出一种轻量化苹果实时检测方法(YOLO v4-CA)。该方法使用MobileNet v3作为特征提取网络，并在特征融合网络中引入深度可分离卷积，降低网络计算复杂度；同时，为弥补模型简化带来的精度损失，在网络关键位置引入坐标注意力机制，强化目标关注以提高密集目标检测以及抗背景干扰能力。在此基础上，针对苹果数据集样本量小的问题，提出一种跨域迁移与域内迁移相结合的学习策略，提高模型泛化能力。试验结果表明，改进后模型的平均检测精度为92.23%,在嵌入式平台上的检测速度为15.11 f/s,约为改进前模型的3倍。相较于SSD300与Faster R-CNN,平均检测精度分别提高0.91、2.02个百分点，在嵌入式平台上的检测速度分别约为SSD300和Faster R-CNN的1.75倍和12倍；相较于两种轻量级目标检测算法DY3TNet与YOLO v5s,平均检测精度分别提高7.33、7.73个百分点。因此，改进后的模型能够高效实时地对复杂果园环境中的苹果进行检测，适宜在嵌入式系统上部署，可以为苹果采摘机器人的识别系统提供解决思路。

• 单位
  中国科学院; 中国科学院沈阳自动化研究所; 中国科学院大学