基于Mask R-CNN的番茄植株整枝操作點定位方法

馮青春，成 偉，李亞軍，王博文，陳立平

（1. 北京市農林科學院智能裝備技術研究中心，北京 100097；2. 國家農業智能裝備工程技術研究中心，北京 100097；3. 農業智能裝備技術北京市重點實驗室，北京 100097）

0 引 言

番茄是全球廣泛種植的大宗蔬菜，對于保障人類營養需求具有重要作用。中國番茄種植規模和產量居全球首位，全國種植面積約100萬hm，年產量約6 100萬t，占全球番茄總產量的35%，產值占中國蔬菜總產值的12%，是菜農增收、蔬菜產業發展的重要支撐。整枝打葉是番茄栽培管理的必要環節，幾乎貫穿整個生產周期。及時摘除成熟變色果實區域的側枝葉片，可以調節植株營養和生殖生長平衡，改善通風透光條件，降低病蟲害發生風險，對于提高番茄產量和品質具有重要意義。然而每周2～3次的人工整枝打葉，是目前工廠化番茄種植過程中操作最復雜、效率最低、人力投入最大的生產環節之一，約消耗人力成本總投入的40%～60%。研發溫室番茄整枝打葉機器人，代替人工作業，對于提升番茄種植效益具有重要意義。

近年來，歐美國家果蔬整枝打葉機器人研發應用成果顯著，部分產品初步實現了產業應用。準確識別和定位植株主莖和側枝目標是機器人整枝的必要依據。然而番茄植株主莖、葉片與側枝色彩相近、叢生交錯、無序生長，基于有限特征閾值的傳統分類方法較難實現圖像目標區域的準確分割。融合色彩、形態以及紋理特征的多尺度信息建立自適應語義分割模型，可以有效改善番茄莖稈目標的識別和分割效果。……