Real-time and accurate detection of citrus in complex scenes based on HPL-YOLOv4

卷积(计算机科学) 特征提取 计算机科学 人工智能 卷积神经网络 特征(语言学) 跳跃式监视 模式识别(心理学) 人工神经网络 语言学 哲学
作者
Lijia Xu,Yihan Wang,Xiaoshi Shi,Zuoliang Tang,Xinyuan Chen,Yuchao Wang,Zhiyong Zou,Peng Huang,Liu Bi,Ning Yang,Zhiwei Lü,Yong He,Yongpeng Zhao
出处
期刊:Computers and Electronics in Agriculture [Elsevier]
卷期号:205: 107590-107590 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.compag.2022.107590
摘要

This paper improves the citrus-fruit detection accuracy for picking robot in complex scenes and ensures real-time picking operations by proposing a novel detection method called high-precision and lightweight YOLOv4 (HPL-YOLOv4). Specifically, the lightweight feature extraction network GhostNet is applied as the backbone to enhance the citrus feature extraction. Then, a depthwise separable convolution and the Mish activation function are introduced into the Neck network to reduce the model's parameters. Furthermore, an efficient channel attention mechanism (ECA) is employed to enhance the multi-scale feature weights obtained by the backbone network, further improving the model's performance. Finally, the soft DIoU non-maximum suppression (DIoU_NMS) algorithm optimizes the bounding boxes screening. The experimental evaluation highlights that for a 416 × 416 pixels image, the detection time of HPL-YOLOv4 is 18.2 ms, and the target detection speed is 55 FPS. Compared with YOLOv4, the average precision (AP) value of HPL-YOLOv4 is 98.21 %, and the precision rate is 93.45 %, increased by 9.41 % and 2.26 %, respectively. Moreover, the model size of HPL-YOLOv4 is reduced from 250.7 MB to 43.5 MB. Overall, HPL-YOLOv4 can accurately and quickly detect citrus fruits in complex growth environments, theoretically supporting the development of citrus-picking robots.
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