摘要:以小麥葉片條銹病和白粉病為研究對象,針對同類型病害的不同嚴(yán)重度之間的圖像顏色及紋理特征差異較小,,傳統(tǒng)方法病害嚴(yán)重度估計準(zhǔn)確率不高的問題,,提出一種基于循環(huán)空間變換的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Recurrent spatial transformer convolutional neural network,RSTCNN)對小麥葉片病害進(jìn)行嚴(yán)重度估計,。RSTCNN包含3個尺度網(wǎng)絡(luò),,并由區(qū)域檢測子網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。每個尺度網(wǎng)絡(luò)以VGG19作為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)以提取病害的特征,,同時為了統(tǒng)一區(qū)域檢測過程中前后特征圖的維度,,在全連接層前引入空間金字塔池化(Spatial pyramid pooling,SPP),;區(qū)域檢測子網(wǎng)絡(luò)則采用空間變換(Spatial transformer,,ST)有效提取尺度網(wǎng)絡(luò)特征圖中病害的注意力區(qū)域。小麥葉片病害圖像通過每個尺度網(wǎng)絡(luò)中卷積池化層得到的特征圖,,一方面可作為預(yù)測病害嚴(yán)重度類別概率的依據(jù),,另一方面通過ST進(jìn)行注意力區(qū)域檢測并將檢測到的區(qū)域作為下一個尺度網(wǎng)絡(luò)的輸入,通過交替促進(jìn)的方式對注意力區(qū)域檢測和局部細(xì)粒度特征表達(dá)進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化和遞歸學(xué)習(xí),,最后對不同尺度網(wǎng)絡(luò)的輸出特征進(jìn)行融合再并入到全連接層和Softmax層進(jìn)行分類,,從而實現(xiàn)小麥葉片病害嚴(yán)重度的估計。本文對采集的患有條銹病和白粉病的小麥葉片圖像結(jié)合數(shù)據(jù)增強(qiáng)方法構(gòu)建病害數(shù)據(jù)集,,實驗驗證了改進(jìn)后的RSTCNN在3層尺度融合的網(wǎng)絡(luò)對病害嚴(yán)重度估計準(zhǔn)確率較佳,,達(dá)到了95.8%。相較于基礎(chǔ)分類網(wǎng)絡(luò)模型,,RSTCNN準(zhǔn)確率提升了7~9個百分點,,相較于傳統(tǒng)的基于顏色和紋理特征的機(jī)器學(xué)習(xí)算法,RSTCNN準(zhǔn)確率提升了9~20個百分點,。結(jié)果表明,,本文方法顯著提高了小麥葉片病害嚴(yán)重度估計的準(zhǔn)確率,。