摘要:苹果树枝条实例分割既是苹果采摘机器人实现机械臂采摘路径规划与无损避障采摘的重要前提,又是信息采集机器人逐树逐枝感知果树表型信息的重要基础。本研究针对矮化密植苹果园非结构化环境下,光照剧变及背景干扰导致的枝条分割边界模糊,且末端细微枝条在深度学习网络的下采样过程中特征易丢失的难题,提出一种面向果园的跨模态注意力与边缘感知的苹果树枝条实例分割模型CAROL – YOLO( Cross-modal attention and refinement for orchard localization YOLO)。首先,设计了一种可见光图像辅助的“特征仿射非刚性变换”图像级联配准流程,构建了宽波段近红外(Visible – near infrared, Vis-NIR)图像深度图像配准的苹果树枝条多模态数据集;在此基础上,以YOLO v8为基础,设计了伪孪生双流空间几何门控骨干网络,通过该骨干网络,设计了空间几何门控模块(Spatial-geometry aware gating encoder, S-Gate)提取深度图像中的前景枝条空间位置,并自适应增强宽波段近红外图像中前景枝条的空间位置特征;同时设计了一种边缘感知模块(Edge-aware module,EAM),显式增强细微枝条高频边界信息,以增强深度学习网络下采样后果树枝条的分割精度。实验结果表明:CAROL – YOLO模型在不同的参数量级(Nano/ Small/ Large)上均取得一致性的性能提升。以CAROL – YOLO-s为例,模型mAP50-95达(39.6±0.1)% ,参数量仅为2.03×10?;与基线模型YOLO v8m seg相比,在参数量减少25. 6%的情况下,mAP50-95仍提升了1.4个百分点;与YOLO 11m-seg及YOLO 26m-seg模型相比,在参数量分别减少8.9%和24.5%的情况下,mAP50-95仍分别提升了0.8个百分点和1.4个百分点。该方法有效解决了果园非结构化复杂环境下的枝条漏检问题,同一模型不同大小下的一致性能提升可为不同类型果园机器人精细化作业提供可靠的感知算法支撑。