2023亞太杯數學建模A題思路分析 - 采果機器人的圖像識別技術

1 賽題

問題A 采果機器人的圖像識別技術

中國是世界上最大的蘋果生產國,年產量約為3500萬噸。與此同時,中國也是世 界上最大的蘋果出口國,全球每兩個蘋果中就有一個,全球超過六分之一的蘋果出口 自中國。中國提出了一帶一路倡議(BRI),這是建立一個具有共同未來的全球社區的 關鍵支柱。由于這一倡議,越南、孟加拉國、菲律賓、印度尼西亞和沿線國家已成為
中國蘋果的主要出口目的地。
在這里插入圖片描述

圖1。采采摘機器人的蘋果圖像識別圖。

蘋果的采摘主要依靠手工收割。當蘋果成熟時,幾天內蘋果產區就需要大量的采 摘工人。但大多數當地農民都在自己的果園里種植蘋果。此外,農業工人的老齡化和 年輕人離開村莊去上班的現象也導致了摘蘋果季節的勞動力短缺。為了解決這個問題
, 中國自2011年左右就開始一直在研究能摘蘋果的機器人,并取得了重大進展。

然而,由于果園環境不同于控制實驗,在世界范圍內各種采蘋果機器人的普及和
應用還不夠理想

鑲嵌在復雜和非結構化的果園環境中,大多數現有的機器人無法準確識別“如葉遮擋 ”、“樹枝遮擋 ”、“果實遮擋 ”、“混合遮擋 ”等障礙。如果直接摘蘋果而沒有根據 實際情況做出精確的判斷,就有很高的危害風險,甚至對摘手和機械臂造成傷害。這將 對收獲的效率和果實的質量產生不利影響,導致更大的損失。此外,對不同收獲果實的 識別和分類也非常重要,如分類、加工、包裝和運輸的程序。然而,許多水果的顏色、
形狀和大小與蘋果非常相似,這給收獲后的鑒定帶來了很大的困難。
這個比賽旨在建立一個蘋果圖像識別模型與識別率高,速度快,和準確性通過分 析和提取特征標記水果圖像,并執行數據分析圖像,如自動計算數量,位置,成熟度
水平,估計大量的蘋果的圖像。具體任務如下:

問題1:計算蘋果的數量

基于附件1中提供的可收獲蘋果的圖像數據集,提取圖像特征,建立數學模型,計算每幅圖像中的蘋果的數量,并繪制附件1中所有蘋果的分布直方圖。

問題2:估計蘋果的位置

根據附件1中提供的可收獲蘋果的圖像數據集,以圖像左下角為坐標原點,確定每個圖像中蘋果的位置,并繪制附件1中所有蘋果幾何坐標的二維散點圖。

問題3:估計蘋果的成熟度狀態

基于附件1中提供的可收獲蘋果的圖像數據集,建立數學模型,計算每幅圖像中蘋果的成熟度,并繪制附件1中所有蘋果成熟度分布的直方圖。

問題4:估計蘋果的數量

根據附件1中提供的可收獲蘋果的圖像數據集,計算出每幅圖像中蘋果的二維面積, 圖像的左下角為根據坐標原點,估計蘋果的質量,并繪制出附件1中所有蘋果的質量分布的直方圖。

問題5:對蘋果的認可
基于附件2中提供的收獲果實圖像數據集,提取圖像特征,訓練蘋果識別模型,對
附件3中的蘋果進行識別,并繪制附件3中所有蘋果圖像ID號的分布直方圖。

附件:

附件。請下載到網站: https://share。魏云。com/T6FKbjLf

附件1:
該文件夾包含200張可收獲蘋果的圖片,每張圖片的大小為270 * 180像素。附件1
的部分屏幕截圖如下:
在這里插入圖片描述

附件2:
該文件夾包含20705張已知標簽和分類的不同收獲水果的圖像,每張圖像的大小為
270 * 180像素。附件2的部分屏幕截圖如下:
蘋果數據集:
在這里插入圖片描述

卡蘭博拉斯的數據集:
在這里插入圖片描述

梨的數據集:

在這里插入圖片描述

李子數據集:
在這里插入圖片描述

番茄數據集:

在這里插入圖片描述

附件3:
該文件夾包含20705張不同收獲果實的圖像,其標簽和分類未知,每張圖像的大小
為270 * 180像素。附件3的部分屏幕截圖如下:

在這里插入圖片描述

2 思路更新

在這里插入圖片描述

數據準備

跑模型首先得有數據集,或者自己標注數據(A君會提供數據集給大家)

在這里插入圖片描述
訓練結果

在這里插入圖片描述

識別結果
在這里插入圖片描述

第二問,最后把檢測到的蘋果目標中心點匯集起來,用python畫圖就行

在這里插入圖片描述

A題思路更新,大家注意一個問題,題目給的數據并不是可以直接用來做蘋果目標檢測訓練的數據,訓練數據得自己標注或者找數據集,題目的算是驗證數據,基礎差的同學容易混淆這點,A君上傳了目標檢測數據給大家使用。

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