基于无人机影像的高粱穗计数和开花时间预测


发布时间:

2021-08-28

来源:

本站

作者:

PhenoTrait

作物的开花时间(flowering time)是指作物从种植到开花所经历的天数,记录开花时间对监测作物长势和预测作物产量具有重要意义。本研究基于无人机可见光影像提取高粱在不同生育期的穗数,并以此预测高粱的开花时间。通常,当一个田块中50%以上的高粱植株开花,则认为该田块处于开花期。如图1所示,可以通过观察高粱穗来判断高粱植株是否开花。但是,受影像空间分辨率的限制,在无人机影像上难以判断单个高粱植株是否开花。通过观察发现,高粱花出现在紧凑的高粱穗上,即当高粱穗数足够大时,高粱开花。因此,本研究基于无人机可见光影像提取多个不同生育期内的高粱穗数,然后通过高粱穗数的时间序列变化预测开花时间。

 

图1 (a)高粱植株未开花; (b)高粱植株开花

 

本研究利用RetinaNet,YOLOv5和Faster-RCNN等三种深度神经网络提取高粱穗数,实验结果显示,YOLOv5的计数精度要高于RetinaNet和Faster-RCNN,均方根误差(RMSE)可以达到2.0。因此,YOLOv5的高粱穗计数结果被用于估测开花时间。利用三次多项式拟合多个不同生育期的高粱穗数,得到高粱穗数的时间变化曲线,高粱穗数最大值的一半和曲线的交点即为预测的开花时间(图2)。精度验证结果表明,基于无人机影像的开花时间预测结果与人工观测结果相近。因此,本研究提出的方法可以准确预测高粱的开花时间。

 

图2 本研究提出的高粱开花时间预测方法

 

来源:

Enyu Cai, Sriram Baireddy, Changye Yang, et al. Panicle Counting in UAV Images For Estimating Flowering Time in Sorghum[J]. arXiv:2107.07308, 2021, [eess.IV].

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