基于改进DeepLabv3+网络的马铃薯根系图像分割方法

摘要

为实现无接触、低成本的马铃薯根系图像快速准确分割,以阐明内蒙古阴山北麓地区马铃薯的根系时空动态分布特征为目的,该研究提出一种基于改进DeepLabv3+语义分割网络的马铃薯根系图像分割方法,并对其输出的图像进行根系长度计算,获得了马铃薯不同生育时期内不同土层下的根系长度。试验结果表明,改进的DeepLabv3+模型的均交并比(mean intersection over union,MIoU)和平均像素精度(mean pixel accuracy,MPA)分别为94.05%和95.72%,MIoU相较SegNet、PSPNet、U-Net和标准DeepLabv3+分别提高了6.67、4.92、8.80和4.21个百分点;MPA相较SegNet、PSPNet、U-Net和标准DeepLabv3+分别提高了6.7、4.86、8.25、4.53个百分点;训练时间为9.52 h,相较SegNet、PSPNet、U-Net和标准DeepLabv3+分别缩短了6.8、3.99、4.56和3.94 h;浮点运算次数(floating point operations,FLOPs)较SegNet、PSPNet、U-Net和标准DeepLabv3+分别减小了45×109、34×109、29×109、18×109;图像检测帧率较SegNet、PSPNet、U-Net和标准DeepLabv3+分别提高了15.3、11.7、11.4和9帧/s。与手动测量根系长度的回归分析的决定系数达到0.981。在苗期、块茎形成期、块茎膨大期和淀粉积累期,马铃薯80%的根系分别分布在0~20、0~30、0~40及0~30 cm土层内。该研究结果可为内蒙古阴山北麓地区马铃薯高产高效栽培技术提供理论基础。