农业机械学报

作者：苏宝峰，沈磊，陈山，米志文，宋育阳，陆南

单位：西北农林科技大学,西北农林科技大学,西北农林科技大学,西北农林科技大学,西北农林科技大学,西北农林科技大学,

关键词：葡萄品种;分类;注意力机制;可视化

基金：广西重点研发计划项目（桂科21076001）、宁夏酿酒葡萄病虫害绿色防控关键技术创新与示范项目（2019BBF02013）和陕西省重点研发计划项目（2021NY-041）

针对田间自然背景下葡萄品种鉴别缺乏有效识别方法的问题，提出了一种基于融合注意力机制的残差网络ResNet50-SE，对自然背景下不同生长时期的葡萄品种进行分类鉴别，分析并验证了网络的识别效果。将SE注意力模块引入ResNet-50网络，并通过迁移学习实现基于不同时期下葡萄的嫩梢、幼叶及成熟叶片特征的识别；同时为了揭示注意力机制的作用机制，利用Grad-CAM可视化方法，对ResNet50-SE模型每一层所提取的不同生长阶段下的葡萄特征进行可视化解释；通过t-SNE算法对模型提取到的不同葡萄品种的多特征进行聚类分析，进而直观评估模型对多特征提取的性能。结果表明：提出的ResNet50-SE网络在田间复杂背景条件下对于葡萄不同时期的多特征识别具有较高的识别率和较强的鲁棒性，模型测试集准确率达到88.75%，平均召回率达到89.17%，相比于AlexNet 、GoogLeNet、ResNet-50、VGG-16，测试集准确率分别提高了13.61、7.64、0.70、6.53个百分点；注意力机制能明显降低背景影响，强化有效特征；模型对训练集提取的不同生长时期的特征聚类效果较强。可见，SE模块可明显提升ResNet-50模型在特征提取过程的效果，有效降低田间复杂背景对分类结果的影响，为田间复杂背景下葡萄品种的分类识别及田间多特征分类问题提供借鉴。

来源：2021年第11期

《农业机械学报》期刊编辑部

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