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收稿日期:2025-12-12
出版日期:2026-03-13
基金项目:作者简介:史绮梦,硕士研究生,研究方向为深度学习与目标检测,E-mail:2240932105@stu.ahpu.edu.cn
通信作者:
SHI Qimeng, WANG Jun(
), XU Xiaofeng, ZHANG Weiyi
Received:2025-12-12
Online:2026-03-13
Foundation items:National Natural Science Foundation of China(62406004); Collaborative Innovation Project of Anhui Higher Education Institutions(GXXT-2019-020)
About author:SHI Qimeng, E-mail: 2240932105@stu.ahpu.edu.cn
Corresponding author:摘要:
【目的/意义】 为满足棉花不同生育阶段对水肥需求差异化调控的需求,实现生长过程的精细化管理,提出一种高精确率、轻量化的棉花成熟度视觉检测算法,为田间管理提供技术支持。 【方法】 基于实时检测Transformer模型,构建棉花成熟度检测模型(Cotton Maturity-Detection Transformer, CM-DETR)。首先,在主干网络中引入重参数化分组卷积空间增强轻量注意力网络模块,融合渐进式卷积与可重参数化卷积,平衡模型轻量化与特征表达能力;其次,构建深度鲁棒特征下采样模块,通过多尺度特征融合增强小目标及细微成熟特征感知;最后,采用聚焦式完整交并比损失函数,提高样本不平衡条件下的定位精度。 【结果和讨论】 CM-DETR模型在平均精度阈值为0.5时达到了80.8%、平均精度在阈值为0.5到0.95时达到51.1%,相比于基准模型分别提升3.7和1.8个百分点,同时模型参数量和计算量分别下降了31.7%和22.8%。 【结论】 研究表明,CM-DETR兼顾高精度与轻量化特性,可为棉花生产过程中的水肥精准调控与最佳采收时机判定提供可靠的技术支持。
中图分类号:
史绮梦, 汪军, 徐晓峰, 张玮逸. 基于改进RT-DETR的棉花成熟度检测算法[J]. 智慧农业(中英文), doi: 10.12133/j.smartag.SA202512013.
SHI Qimeng, WANG Jun, XU Xiaofeng, ZHANG Weiyi. Cotton Maturity Detection Algorithm Based on Improved RT-DETR[J]. Smart Agriculture, doi: 10.12133/j.smartag.SA202512013.
表2
CM-DETR模型消融试验结果
| RT-DETR | RGCSPELAN | DRFD | Focaler-CIoU | P/% | R/% | F 1/% | mAP50/% | mAP50-95/% | 参数量/M | 浮点运算量/G | 帧率/(帧/s) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| √ | × | × | × | 79.5 | 74.5 | 76.9 | 77.1 | 49.3 | 19.9 | 57.0 | 77.3 |
| √ | √ | × | × | 81.4 | 75.3 | 78.2 | 78.2 | 50.3 | 13.8 | 44.5 | 83.8 |
| √ | × | √ | × | 83.3 | 74.6 | 78.7 | 77.8 | 49.3 | 19.6 | 56.5 | 75.9 |
| √ | × | × | √ | 80.2 | 76.8 | 78.5 | 78.9 | 49.8 | 19.9 | 57.0 | 76.4 |
| √ | √ | √ | × | 82.2 | 76.6 | 79.3 | 78.8 | 49.4 | 13.6 | 44.0 | 83.3 |
| √ | √ | × | √ | 79.8 | 77.7 | 78.7 | 79.7 | 50.1 | 13.8 | 44.5 | 87.6 |
| √ | × | √ | √ | 79.7 | 74.9 | 77.2 | 78.3 | 49.9 | 19.6 | 56.5 | 74.6 |
| √ | √ | √ | √ | 82.1 | 77.4 | 79.7 | 80.8 | 51.1 | 13.6 | 44.0 | 83.6 |
表3
RT-DETR模型搭载不同主干网络的对比试验结果
| 模型 | P/% | R/% | mAP50/% | mAP50-95/% | 参数量/M | 浮点运算量/G | 帧率/(帧/s) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| RT-DETR(baseline) | 79.5 | 74.5 | 77.1 | 49.3 | 19.9 | 57.0 | 42.8 |
| +RGCSPELAN | 81.4 | 75.3 | 78.2 | 50.3 | 13.8 | 44.5 | 52.8 |
| +EMBSFPN | 81.6 | 72.7 | 76.6 | 49.2 | 17.9 | 48.6 | 33.9 |
| +PACAPN | 81.1 | 75.1 | 76.4 | 48.9 | 19.9 | 38.8 | 38.8 |
| +Context Guided | 80.1 | 73.7 | 77.1 | 48.7 | 16.5 | 47.6 | 43.7 |
| +CGRFPN | 81.7 | 75.2 | 76.0 | 48.9 | 19.2 | 48.2 | 41.0 |
表6
棉花成熟度检测研究中不同模型的检测结果
| 模型 | P/% | R/% | F 1/% | mAP50/% | mAP50-95/% | 参数量/M | 浮点运算量/G |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| DINO | 82.2 | 69.1 | 75.1 | 77.9 | 48.0 | 46.8 | 268.2 |
| YOLOv5m | 79.4 | 71.1 | 75.0 | 78.7 | 50.5 | 22.1 | 64.0 |
| YOLOv8m | 76.7 | 73.2 | 74.9 | 77.6 | 48.6 | 25.9 | 79.3 |
| YOLOv10m | 75 .1 | 73.7 | 74.3 | 78.0 | 50.0 | 15.3 | 58.9 |
| RT-DETR | 79.5 | 74.5 | 76.9 | 77.1 | 49.3 | 19.9 | 57.0 |
| CM-DETR | 82.1 | 77.4 | 79.7 | 80.8 | 51.1 | 13.6 | 44.0 |
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