基于迁移学习的卷积神经网络花生荚果等级图像识别

来源：农业工程学报杂志2020年第23期北京时间：

作者：张瑞青,李张威,郝建军,孙磊,李浩,韩鹏,

摘要：针对花生荚果人工分级效率低、机械分级不精确等问题，该研究提出一种基于迁移学习的卷积神经网络花生荚果等级图像识别方法。利用翻转、旋转、平移、对比度变换和亮度变换等操作，对获取的5个等级花生荚果图像进行数量扩充和预处理，得到花生荚果等级图像数据集；对比分析了GoogLeNet、ResNet18和AlexNet 3种基本模型下花生荚果图像分级识别的性能；通过迁移AlexNet卷积层对花生荚果等级识别模型进行了改进，用批归一化替换局部响应归一化且将激活函数置于批归一化层前后不同位置，设计了4种不同的识别训练模型；对改进的4种AlexNet模型进行迁移学习对比试验和超参数学习率优化试验，研究了非饱和激活函数和改进的非饱和激活函数对模型性能的影响。试验结果表明，在满足测试精度的基础上AlexNet模型所用训练时间最少；基于AlexNet的改进模型的迁移学习中学习率是需要优化的超参数，合适的学习率能够加快模型的训练并提升识别能力；改进模型中批归一化的引入及网络参数的减少，缩减了220 s训练时间，模型性能提高。所构建的花生荚果等级识别模型（Penut_AlexNet model，PA模型）对花生荚果5个等级分类识别准确率达到95.43%，该模型对花生荚果等级识别具有较高的准确率，也可为其他农产品精确分级提供参考。

关键词：图像识别, 模型, 卷积神经网络, 迁移学习, 批归一化, 花生荚果, 等级分类