《电子技术应用》
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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。
中图分类号:TP391.41 文献标志码:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.256995
中文引用格式: 把奉昕,燕振刚,陈蕾. SEC-YOLO:一种高效的中草药复杂背景识别模型[J]. 电子技术应用,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

中草药是中国传统中医的特有药物,在人类的健康中占据着重要的位置,同时在国际上也有着极其强大的威信力[1]。在传统的中药识别过程中,主要依靠人力以及自身经验对中草药加以识别,此种识别方式效率低下并且容易因为人为原因出现误检等情况。尤其在野外采集或复杂背景(如多类药材堆叠、遮挡、光照变化、相似环境等)下,识别难度进一步加大,严重制约了数字中药资源管理及其产业化发展。而人工智能、图像处理和模式识别领域的进步可以拓展和改进中医药技术的实践[2]。近年来,随着深度学习在目标检测领域的迅猛发展,YOLO(You Only Look Once)系列算法因其端到端、一阶段、检测速度快等优势,广泛应用于农业、交通、医疗等图像识别场景。其中,YOLO11作为该系列的最新演进版本,在保持模型轻量化的同时,引入了改进的C3k2模块、ECA_SR注意力机制以及解耦检测头等结构,进一步提升了模型的识别精度与泛化能力。

张平[3]利用太赫兹时域光谱采集易混中草药的吸收数据,构建训练与测试集,并通过调整隐含层结构建立神经网络模型,提高识别准确率。同时结合分形理论,计算光谱盒维数实现中药的有效区分,验证了光谱与智能算法融合在中药识别中的可行性。Liu[4]等采用YOLOv8目标检测模型,实现对石菖蒲与水菖蒲饮片在同一视野下的精准识别。通过图像预处理、模型训练与超参数优化,模型可自动输出类别及边界框信息,在确保检测效率的同时显著提升识别精度,解决混用问题。Zhu[5]等采用基于深度学习的中药显微鉴别(CHMMI)新方法。采用分割-组合数据增强策略来扩展和平衡数据集,从而获取全面的特征集。此外,浅-深双重注意模块增强了模型在不同层级上聚焦相关特征的能力,最终其识别准确率达到了88.7%的结果。

当前基于YOLO的中药材识别研究大多仍停留于结构化背景或图像特征较为单一的场景,在面对自然采集、杂乱背景、目标遮挡等真实复杂环境时,模型往往表现出鲁棒性不足、精度下滑的问题[6]。因此,如何在复杂背景下实现中药材的高精度、轻量化识别,就成为了当前智能识别研究的重要方向。针对上述问题,本文以复杂背景中的中草药图像为研究对象,选取北沙参、常山等76种中药材,以 YOLO11n作为基础模型,对如何提升模型精度和降低模型计算量和参数量展开研究。


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作者信息:

把奉昕,燕振刚,陈蕾

(甘肃农业大学 信息科学技术学院,甘肃 兰州 730070)

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