《電子技術(shù)應(yīng)用》
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SEC-YOLO:一种高效的中草药复杂背景识别模型
电子技术应用
把奉昕,燕振刚,陈蕾
甘肃农业大学 信息科学技术学院
摘要: 针对中药材图像识别中存在的复杂背景、遮挡及光照变化等问题,构建了一个涵盖76种中草药、两万余张图像的大规模数据集,并通过多种数据增强提升模型泛化能力。在YOLO11n基础上,提出改进模型SEC-YOLO,引入C3k2_Star模块、ECA_SR注意力机制及C2PSA_CGLU模块,提升复杂环境下的识别性能,并优化特征融合结构与检测头设计,增强对小目标与混叠药材的检测能力。改进模型平均精度均值(mAP)达98.0%,权重文件3.7 MB,计算量4.7G,参数量1.80M,相较于YOLO11n,权重文件大小降低了30.1%,计算量下降了28.7%,参数量下降了31.0%。其检测精度和检测速度均满足实时检测要求。实验结果表明,SEC-YOLO在保证轻量化的同时实现高精度、实时性识别,为中药材自动化识别提供了有力支持。
中圖分類號(hào):TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.256995
中文引用格式: 把奉昕,燕振剛,陳蕾. SEC-YOLO:一種高效的中草藥復(fù)雜背景識(shí)別模型[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用,2026,52(6):97-105.
英文引用格式: Ba Fengxin,Yan Zhengang,Chen Lei. SEC-YOLO: an efficient complex background recognition model for Chinese herbal medicine[J]. Application of Electronic Technique,2026,52(6):97-105.
SEC-YOLO: an efficient complex background recognition model for Chinese herbal medicine
Ba Fengxin,Yan Zhengang,Chen Lei
College of Information Science and Technology, Gansu Agricultural University
Abstract: To address the challenges of complex backgrounds, occlusion, and illumination variations in Chinese herbal medicine image recognition, this paper constructs a large-scale dataset containing over 20 000 images of 76 herbal categories and applies various data augmentation techniques to enhance model generalization. Based on YOLO11n, an improved model named SEC-YOLO is proposed, which incorporates the C3k2_Star module, ECA_SR attention mechanism, and C2PSA_CGLU module to improve recognition performance under complex conditions. Furthermore, the feature fusion structure and detection head are optimized to enhance the detection of small and overlapping herbs. The improved model achieves a mean average precision (mAP) of 98.0%, with a weight size of 3.7 MB, 4.7 GFLOPs, and 1.80M parameters. Compared with YOLO11n, the weight size is reduced by 30.1%, FLOPs by 28.7%, and parameters by 31.0%. Both detection accuracy and speed meet the requirements of real-time detection. Experimental results demonstrate that SEC-YOLO achieves high accuracy and real-time recognition while maintaining lightweight characteristics, providing strong support for the automation of Chinese herbal medicine identification.
Key words : Chinese herbal medicine recognition in complex backgrounds;YOLO11;StarNet;channel spatial attention module C2PSA_CGLU;ECA_SR attention mechanism

引言

中草藥是中國(guó)傳統(tǒng)中醫(yī)的特有藥物,在人類的健康中占據(jù)著重要的位置,同時(shí)在國(guó)際上也有著極其強(qiáng)大的威信力[1]。在傳統(tǒng)的中藥識(shí)別過程中,主要依靠人力以及自身經(jīng)驗(yàn)對(duì)中草藥加以識(shí)別,此種識(shí)別方式效率低下并且容易因?yàn)槿藶樵虺霈F(xiàn)誤檢等情況。尤其在野外采集或復(fù)雜背景(如多類藥材堆疊、遮擋、光照變化、相似環(huán)境等)下,識(shí)別難度進(jìn)一步加大,嚴(yán)重制約了數(shù)字中藥資源管理及其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。而人工智能、圖像處理和模式識(shí)別領(lǐng)域的進(jìn)步可以拓展和改進(jìn)中醫(yī)藥技術(shù)的實(shí)踐[2]。近年來(lái),隨著深度學(xué)習(xí)在目標(biāo)檢測(cè)領(lǐng)域的迅猛發(fā)展,YOLO(You Only Look Once)系列算法因其端到端、一階段、檢測(cè)速度快等優(yōu)勢(shì),廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、交通、醫(yī)療等圖像識(shí)別場(chǎng)景。其中,YOLO11作為該系列的最新演進(jìn)版本,在保持模型輕量化的同時(shí),引入了改進(jìn)的C3k2模塊、ECA_SR注意力機(jī)制以及解耦檢測(cè)頭等結(jié)構(gòu),進(jìn)一步提升了模型的識(shí)別精度與泛化能力。

張平[3]利用太赫茲時(shí)域光譜采集易混中草藥的吸收數(shù)據(jù),構(gòu)建訓(xùn)練與測(cè)試集,并通過調(diào)整隱含層結(jié)構(gòu)建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,提高識(shí)別準(zhǔn)確率。同時(shí)結(jié)合分形理論,計(jì)算光譜盒維數(shù)實(shí)現(xiàn)中藥的有效區(qū)分,驗(yàn)證了光譜與智能算法融合在中藥識(shí)別中的可行性。Liu[4]等采用YOLOv8目標(biāo)檢測(cè)模型,實(shí)現(xiàn)對(duì)石菖蒲與水菖蒲飲片在同一視野下的精準(zhǔn)識(shí)別。通過圖像預(yù)處理、模型訓(xùn)練與超參數(shù)優(yōu)化,模型可自動(dòng)輸出類別及邊界框信息,在確保檢測(cè)效率的同時(shí)顯著提升識(shí)別精度,解決混用問題。Zhu[5]等采用基于深度學(xué)習(xí)的中藥顯微鑒別(CHMMI)新方法。采用分割-組合數(shù)據(jù)增強(qiáng)策略來(lái)擴(kuò)展和平衡數(shù)據(jù)集,從而獲取全面的特征集。此外,淺-深雙重注意模塊增強(qiáng)了模型在不同層級(jí)上聚焦相關(guān)特征的能力,最終其識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)到了88.7%的結(jié)果。

當(dāng)前基于YOLO的中藥材識(shí)別研究大多仍停留于結(jié)構(gòu)化背景或圖像特征較為單一的場(chǎng)景,在面對(duì)自然采集、雜亂背景、目標(biāo)遮擋等真實(shí)復(fù)雜環(huán)境時(shí),模型往往表現(xiàn)出魯棒性不足、精度下滑的問題[6]。因此,如何在復(fù)雜背景下實(shí)現(xiàn)中藥材的高精度、輕量化識(shí)別,就成為了當(dāng)前智能識(shí)別研究的重要方向。針對(duì)上述問題,本文以復(fù)雜背景中的中草藥圖像為研究對(duì)象,選取北沙參、常山等76種中藥材,以 YOLO11n作為基礎(chǔ)模型,對(duì)如何提升模型精度和降低模型計(jì)算量和參數(shù)量展開研究。


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作者信息:

把奉昕,燕振剛,陳蕾

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院,甘肅 蘭州 730070)

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