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面向植物病害识别的卷积神经网络精简结构Distilled-MobileNet模型

文献类型： 中文期刊

作者： 邱文杰 1 ; 叶进 1 ; 胡亮青 1 ; 杨娟 1 ; 李其利 1 ; 莫贱友 1 ; 易万茂 1 ;

作者机构： 1.广西大学计算机与电子信息学院;广西大学农学院;广西壮族自治区农业科学院植物保护研究所

关键词： 病害识别;深度学习;模型压缩;知识蒸馏;卷积神经网络

期刊名称： 智慧农业(中英文)

ISSN： 2096-8094

年卷期： 2021 年 01 期

页码： 109-117

摘要： 卷积神经网络(CNN)的发展带来了大量的网络参数和庞大的模型体积,极大地限制了其在小规模计算资源设备上的应用。为将CNN应用在各种小型设备上,研究了一种基于知识蒸馏的结构化模型压缩方法。该方法首先利用VGG16训练了一个识别率较高的教师模型,再将该模型中的知识通过蒸馏的方法迁移到MobileNet,从而大幅减少了模型的参数量。将知识蒸馏后的Distilled-MobileNet模型应用在14种作物的38种常见病害分类中。进行了知识蒸馏在VGG16、AlexNet、GoogleNet和ResNet 4种不同网络结构上的表现测试,结果表明,当VGG16作为教师模型时,模型准确率提升了97.54%;使用单个病害识别率、平均准确率、模型内存、平均识别时间4个指标对训练好的Distilled-MobileNet模型进行真实环境下准确性评估,经测试,模型的平均准确率达到了97.62%,平均识别时间缩短至0.218 s,仅占VGG16模型的13.20%,模型大小压缩仅为19.83 MB,相比于VGG16缩小了93.60%,使其具备了较高的准确性和实时性要求。本方法模型在压缩内存体积和缩短识别时间上较传统神经网络有了明显提高,为内存和计算资源受限设备上的病害识别提供了新的思路。

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