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邵明月, 張建華, 馮全, 柴秀娟, 張凝, 張文蓉. 深度學習在植物葉部病害檢測與識别的研究進展[J]. 智慧農業(中英文), 2022, 4(1): 29-46.
SHAO Mingyue, ZHANG Jianhua, FENG Quan, CHAI Xiujuan, ZHANG Ning, ZHANG Wenrong. Research progress of deep learning in detection and recognition of plant leaf diseases[J]. Smart Agriculture, 2022, 4(1): 29-46.
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深度學習在植物葉部病害檢測與識别的研究進展
邵明月1， 張建華1*， 馮全2， 柴秀娟1， 張凝1， 張文蓉1
（1.中國農業科學院農業資訊研究所/農業農村部農業大資料重點實驗室，北京 100081；2.甘肅農業大學 機電工程學院，甘肅蘭州 730070）
摘要： 植物病害準确檢測與識别是其早期診斷與智能監測的關鍵，是病蟲害精準化防治與資訊化管理的核心。深度學習應用于植物病害檢測與識别中，可以克服傳統診斷方法的弊端，大幅提升病害檢測與識别的準确率，引起了廣泛關注。本文首先收集和介紹了部分公開的植物病害圖像資料集，然後系統地綜述了近年來深度學習在植物病害檢測和識别中的研究應用進展，闡述了從早期檢測和識别算法到基于深度學習的檢測和識别算法的研究進展，以及各算法的優點和存在的問題。調研了相關研究文獻，提出了光照、遮擋、複雜背景、病害症狀之間相似性、病害在不同時期症狀會有不同的變化以及多種病害交疊共存是目前植物病害檢測和識别面臨的主要挑戰。并進一步指出，将性能更好的神經網絡、大規模資料集和農業理論基礎相結合，是未來主要的發展趨勢，同時還指出了多模态資料可以用于植物早期病害的識别，也是未來發展方向之一。本文可為植物病害識别的深入研究與發展提供參考。
關鍵詞： 植物；葉部病害；深度學習；病害檢測；識别；卷積神經網絡；病害圖像資料集
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文章圖文
圖1 植物病害檢測的二階檢測算法流程
Fig. 1 Two-stage detection algorithm diagram of plant disease detection
圖2 植物病害檢測的一階檢測算法圖
Fig. 2 One-stage detection algorithm diagram of plant disease detection
圖3 植物病害識别深度學習網絡圖
Fig. 3 Deep learning network diagram for plant disease recognition
表 1 公開的植物病害圖像資料集及網址
Table 1 Publicly available plant disease image data sets and websites
表2 近年來基于二階檢測器的植物病害目标檢測研究進展
Table 2 Recent advances in plant disease target detection based on second-order detector
表3 近年來基于一階檢測器的植物病害目标檢測研究進展
Table 3 Recent advances in plant disease target detection based on first-order detector
表4 近年來基于無錨框及自建網絡的植物病害目标檢測研究進展
Table 4 Recent advances in plant disease target detection based on anchor-free and self-built networks
表5 近年來基于深度網絡的植物病害識别研究進展
Table 5 Recent advances in plant disease recognition based on deep network
表6 近年來基于輕量型網絡的植物病害識别以及病害檢測與識别同時進行的研究進展
Table 6 Recent advances in plant disease recognition based on lightweight network and disease detection and recognition simultaneously
通訊作者簡介
張建華 副研究員張建華，男，工學博士，副研究員，碩士生導師。長期從事農業資訊技術研究，研究方向包括：機器視覺與農業機器人、作物病蟲害智能識别、智慧畜牧視覺檢測。目前主持國家自然科學基金、北京市農業科研專項、中央級公益性科研院所基大學研業務費專項等課題10餘項，參與了國家重點研發計劃等30餘項科研項目的研究工作。發表學術論文50多篇，其中SCI收錄10餘篇，EI收錄近20篇，中文核心收錄30篇；獲得發明專利授權10項以上，獲得軟體著作權10項以上，獲得省部級科技成果獎勵3項。獲得中國農科院農業資訊研究所第二屆“傑出青年”榮譽、中國農科院農業資訊研究所青年标兵榮譽、獲得中國農業科學院青年英才計劃“科研英才培育工程”院級入選者。農業工程學會、農業機械學會、中國畜牧獸醫學會資訊技術分會的會員。
來源：《智慧農業（中英文）》2022年第1期
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