Smart Agriculture ›› 2026, Vol. 8 ›› Issue (1): 15-27.doi: 10.12133/j.smartag.SA202507010
胡雨萌1(
), 关非凡1, 谢东辰1, 马萍1, 余有本2, 周杰2, 聂炎明1, 黄铝文1,3(
)
收稿日期:2025-07-04
出版日期:2026-01-30
作者简介:胡雨萌,硕士研究生,研究方向为生物图像处理。E-mail:yumenghu@nwafu.edu.cn
通信作者:
HU Yumeng1(
), GUAN Feifan1, XIE Dongchen1, MA Ping1, YU Youben2, ZHOU Jie2, NIE Yanming1, HUANG Lüwen1,3(
)
Received:2025-07-04
Online:2026-01-30
Foundation items:Science and Technology Project of the Ministry of Agriculture and Rural Affairs of China; 陕西省重点研发计划项目(2023-YBNY-219); 西北农林科技大学农业技术推广计划(Z222021411); 陕西省自然科学基础研究专项(2020JM-173)
About author:HU Yumeng, E-mail: yumenghu@nwafu.edu.cn
Corresponding author:摘要:
[目的/意义] 茶叶病害常年影响着茶叶的产量和品质,针对既有茶叶病斑分割模型分割精细程度不足的问题,提出了一种茶叶病斑分割模型。 [方法] 提出了一种基于多尺度特征融合模块(Multi-scale Feature Fusion Module, MSFFM)、多尺度注意力机制(Dual Multi Scale Attention, DMSA)和条件随机场(Conditional Random Fields, CRF)的茶叶病斑分割模型MDC-U-Net3+。在U-Net3+的骨干网络中加入MSFFM获取病斑多个感受野下的特征信息,以减少编码器中特征的丢失;针对分割边界模糊问题,在跳跃连接过程中加入DMSA,充分融合全尺度下的细粒度和粗粒度语义信息;为进一步优化分割结果,利用CRF处理分割后的掩模图像。 [结果和讨论] 经验证,改进后模型平均像素精度(Mean Pixel Accuracy, mPA)为94.92%,平均交并比(Mean Intersection over Union, mIoU)为90.9%。相较于U-Net3+的mPA和mIoU分别提升了1.85和2.12个百分点,相对其他经典语义分割模型体现出了更优越的分割效果。 [结论] 本方法能够为病害自动检测与精准用药提供数据支持,减少病害造成的损失。
中图分类号:
胡雨萌, 关非凡, 谢东辰, 马萍, 余有本, 周杰, 聂炎明, 黄铝文. 基于增强型轻量U-Net3+的茶叶病害诊断方法[J]. 智慧农业(中英文), 2026, 8(1): 15-27.
HU Yumeng, GUAN Feifan, XIE Dongchen, MA Ping, YU Youben, ZHOU Jie, NIE Yanming, HUANG Lüwen. Tea Leaf Disease Diagnosis Based on Improved Lightweight U-Net3+[J]. Smart Agriculture, 2026, 8(1): 15-27.
| Disease types | Pre-augmentation | Post-augmentation |
|---|---|---|
| Tea anthracnose (Gloeosporium theae-sinensis Miyake) | 428 | 2 568 |
| Tea leaf blight (Colletotrichum camelliae Massee) | 375 | 2 250 |
| Tea red scab (Cercospora theae BreadaDe Haan) | 486 | 2 916 |
| Tea blister blight (Exobasidium vexans Massee) | 469 | 2 814 |
| Tea red leaf spot (Phyllosticta theicola Petch) | 435 | 2 610 |
| Model | mPA/% | mIoU/% | Precision/% | Dice/% | Frame rate/(f/s) | Average inference time/ms | Model size/MB |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| DeepLab V3+ | 88.59 | 84.38 | 94.67 | 89.85 | 22.476 2 | 44.898 6 | 10.987 4 |
| PSPNet | 91.91 | 84.81 | 86.71 | 88.78 | 9.601 5 | 44.499 6 | 9.601 5 |
| U-Net | 92.50 | 86.71 | 92.55 | 91.50 | 24.568 7 | 38.632 2 | 95.031 1 |
| U-Net3+ | 93.07 | 88.78 | 94.59 | 92.96 | 20.633 6 | 48.576 1 | 143.031 8 |
| MDC-U-Net3+ | 94.92 | 90.90 | 95.24 | 94.58 | 14.173 4 | 68.313 2 | 308.483 8 |
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| [1] | 姚晓通, 曲绍业. 基于改进YOLOv12s的辣椒叶片病虫害轻量化检测方法[J]. 智慧农业(中英文), 2026, 8(1): 1-14. |
| [2] | 蔡玉琴, 刘大铭, 徐琴, 李波洋, 刘博杰. 基于自适应Kalman滤波与GWO-LSTM-Attention的温室温湿度预测方法[J]. 智慧农业(中英文), 2026, 8(1): 148-155. |
| [3] | 张运, 张露敏, 许广涛, 郝佳慧. 基于双分支与多尺度注意力机制的稻虾田遥感提取方法[J]. 智慧农业(中英文), 2025, 7(6): 185-195. |
| [4] | 刘祎恒, 刘立波. 基于改进YOLOv12的遮挡环境下肉牛目标检测方法[J]. 智慧农业(中英文), 2025, 7(5): 182-192. |
| [5] | 郭琪, 范艺璇, 闫新焕, 刘雪梅, 曹宁, 王震, 潘少香, 谭梦男, 郑晓冬, 宋烨. 多源数据融合技术在苹果无损检测中的应用研究进展[J]. 智慧农业(中英文), 2025, 7(4): 31-46. |
| [6] | 王毅, 薛蓉, 韩文霆, 邵国敏, 侯艳巧, 崔茜彤. 基于CNN-LSTM-SA的玉米地上生物量估算[J]. 智慧农业(中英文), 2025, 7(4): 159-173. |
| [7] | 彭秋珺, 李蔚然, 刘业强, 李振波. 基于改进HRNet的高精度鱼类姿态估计方法[J]. 智慧农业(中英文), 2025, 7(3): 160-172. |
| [8] | 黎祖胜, 唐吉深, 匡迎春. 基于改进YOLOv10n的轻量化荔枝虫害小目标检测模型[J]. 智慧农业(中英文), 2025, 7(2): 146-159. |
| [9] | 牛子昂, 裘正军. 基于改进YOLOv11-Pose的玉米植株骨架及表型参数提取方法[J]. 智慧农业(中英文), 2025, 7(2): 95-105. |
| [10] | 吴六爱, 许雪珂. 基于改进YOLOv10n的轻量化番茄叶片病虫害检测方法[J]. 智慧农业(中英文), 2025, 7(1): 146-155. |
| [11] | 权家璐, 陈雯柏, 王一群, 程佳璟, 刘亦隆. 基于GCN-BiGRU-STMHSA的农业干旱预测研究[J]. 智慧农业(中英文), 2025, 7(1): 156-164. |
| [12] | 齐梓均, 牛当当, 吴华瑞, 张礼麟, 王仑峰, 张宏鸣. 基于双维信息与剪枝的中文猕猴桃文本命名实体识别方法[J]. 智慧农业(中英文), 2025, 7(1): 44-56. |
| [13] | 芦碧波, 梁迪, 杨洁, 宋爱青, 皇甫尚卫. 基于改进ENet的复杂背景下山药叶片图像分割方法[J]. 智慧农业(中英文), 2024, 6(6): 109-120. |
| [14] | 胡程喜, 谭立新, 王文胤, 宋敏. 基于改进DeepLabV3+的轻量化茶叶嫩芽采摘点识别模型[J]. 智慧农业(中英文), 2024, 6(5): 119-127. |
| [15] | 年悦, 赵凯旋, 姬江涛. 基于改进DeepLabCut模型的奶牛滑蹄检测方法[J]. 智慧农业(中英文), 2024, 6(5): 153-163. |
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