基于知识蒸馏和轻量级卷积神经网络的植物病害识别方法

周罕觅, 陈佳庚, 代智光, 马林爽, 秦龙, 李纪琛, 苏裕民, 向友珍

南京农业大学学报 ›› 2024, Vol. 47 ›› Issue (06) : 1189-1201.

基于知识蒸馏和轻量级卷积神经网络的植物病害识别方法

  • 周罕觅, 陈佳庚, 代智光, 马林爽, 秦龙, 李纪琛, 苏裕民, 向友珍
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摘要

[目的]针对现有植物病害识别模型参数大、田间复杂背景下识别准确率低的问题,提出一种基于改进ShuffleNetV2的轻量化植物病害识别模型LWCR-Net(lightweight crop recognition network)。[方法]在基本特征提取模块中引入残差连接,解决梯度消失问题,使模型能够学习更复杂的特征表示;引入CBAM(convolutional block attention module)注意力机制模块,以增强特征提取和模型利用能力;采用DenseNet121作为教师模型,LWCR-Net作为学生模型,利用知识蒸馏策略对模型进行训练,以进一步提升模型性能。[结果]轻量化植物病害识别模型LWCR-Net大小为2.44 MB;F1值和准确率分别为95.49%和96.16%,较原模型提高4.89%和3.96%。与DenseNet121、ResNet34、MobileNetV3等其他经典网络对比,LWCR-Net模型不仅达到较高的识别准确率,而且模型参数量较少。[结论]LWCR-Net模型能够实现在田间复杂背景下对植物病害的准确识别,且模型所需内存较小,方便部署到移动端,为植物病害智能诊断提供参考。

关键词

复杂背景 / 植物病害 / ShuffleNetV2 / 残差连接 / CBAM注意力机制 / 知识蒸馏

中图分类号

S43 / TP18 / TP391.41

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周罕觅, 陈佳庚, 代智光, 马林爽, 秦龙, 李纪琛, 苏裕民, 向友珍. 基于知识蒸馏和轻量级卷积神经网络的植物病害识别方法. 南京农业大学学报. 2024, 47(06): 1189-1201

基金

国家自然科学基金项目(52379039,52069016); 河南省科技特派员项目(2023年度); 河南科技大学青年骨干教师项目(13450001)

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