Tae-Woong Yoo;Dasom Seo;Minwoo Kim;Seul Ki Lee;Il-Seok, Oh
Smart Media Journal
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v.12
no.10
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pp.19-28
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2023
In the fruit harvesting field, interest in automatic robot harvesting is increasing due to various seasonality and rising harvesting costs. Accurate apple detection is a difficult problem in complex orchard environments with changes in light, vibrations caused by wind, and occlusion of leaves and branches. In this paper, we introduce a dataset and an adaptive heatmap regression model that are advantageous for robot automatic apple harvesting. The apple dataset was labeled with not only the apple location but also the visibility. We propose a method to detect the center point of an apple using an adaptive heatmap regression model that adjusts the Gaussian shape according to visibility. The experimental results showed that the performance of the proposed method was applicable to apple harvesting robots, with MAP@K of 0.9809 and 0.9801 when K=5 and K=10, respectively.
Plant disease is an important factor affecting crop yield. With various types and complex conditions, plant diseases cause serious economic losses, as well as modern agriculture constraints. Hence, rapid, accurate, and early identification of crop diseases is of great significance. Recent developments in deep learning, especially convolutional neural network (CNN), have shown impressive performance in plant disease classification. However, most of the existing datasets for plant disease classification are a single background environment rather than a real field environment. In addition, the classification can only obtain the category of a single disease and fail to obtain the location of multiple different diseases, which limits the practical application. Therefore, the object detection method based on CNN can overcome these shortcomings and has broad application prospects. In this study, an annotated apple leaf disease dataset in a real field environment was first constructed to compensate for the lack of existing datasets. Moreover, the Faster R-CNN and YOLOv3 architectures were trained to detect apple leaf diseases in our dataset. Finally, comparative experiments were conducted and a variety of evaluation indicators were analyzed. The experimental results demonstrate that deep learning algorithms represented by YOLOv3 and Faster R-CNN are feasible for plant disease detection and have their own strong points and weaknesses.
Weakly supervised object localization (WSOL) is a task of localizing an object in an image using only image-level labels. Previous studies have followed the conventional class activation mapping (CAM) pipeline. However, we reveal the current CAM approach suffers from problems which cause original CAM could not capture the complete defects features. This work utilizes a convolutional neural network (CNN) pretrained on image-level labels to generate class activation maps in a multi-scale manner to highlight discriminative regions. Additionally, a vision transformer (ViT) pretrained was treated to produce multi-head attention maps as an auxiliary detector. By integrating the CNN-based CAMs and attention maps, our approach localizes defective regions without requiring bounding box or pixel-level supervision during training. We evaluate our approach on a dataset of apple images with only image-level labels of defect categories. Experiments demonstrate our proposed method aligns with several Object Detection models performance, hold a promise for improving localization.
In this paper, we propose a novel algorithm for predicting the number of apples on an apple tree using a deep learning-based object detection model and a polynomial regression model. Measuring the number of apples on an apple tree can be used to predict apple yield and to assess losses for determining agricultural disaster insurance payouts. To measure apple fruit load, we photographed the front and back sides of apple trees. We manually labeled the apples in the captured images to construct a dataset, which was then used to train a one-stage object detection CNN model. However, when apples on an apple tree are obscured by leaves, branches, or other parts of the tree, they may not be captured in images. Consequently, it becomes difficult for image recognition-based deep learning models to detect or infer the presence of these apples. To address this issue, we propose a two-stage inference process. In the first stage, we utilize an image-based deep learning model to count the number of apples in photos taken from both sides of the apple tree. In the second stage, we conduct a polynomial regression analysis, using the total apple count from the deep learning model as the independent variable, and the actual number of apples manually counted during an on-site visit to the orchard as the dependent variable. The performance evaluation of the two-stage inference system proposed in this paper showed an average accuracy of 90.98% in counting the number of apples on each apple tree. Therefore, the proposed method can significantly reduce the time and cost associated with manually counting apples. Furthermore, this approach has the potential to be widely adopted as a new foundational technology for fruit load estimation in related fields using deep learning.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.14
no.8
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pp.3312-3327
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2020
Plant diseases are a significant yield and quality constraint for farmers around the world due to their severe impact on agricultural productivity. Such losses can have a substantial impact on the economy which causes a reduction in farmer's income and higher prices for consumers. Further, it may also result in a severe shortage of food ensuing violent hunger and starvation, especially, in less-developed countries where access to disease prevention methods is limited. This research presents an investigation of Directional Local Quinary Patterns (DLQP) as a feature descriptor for plants leaf disease detection and Support Vector Machine (SVM) as a classifier. The DLQP as a feature descriptor is specifically the first time being used for disease detection in horticulture. DLQP provides directional edge information attending the reference pixel with its neighboring pixel value by involving computation of their grey-level difference based on quinary value (-2, -1, 0, 1, 2) in 0°, 45°, 90°, and 135° directions of selected window of plant leaf image. To assess the robustness of DLQP as a texture descriptor we used a research-oriented Plant Village dataset of Tomato plant (3,900 leaf images) comprising of 6 diseased classes, Potato plant (1,526 leaf images) and Apple plant (2,600 leaf images) comprising of 3 diseased classes. The accuracies of 95.6%, 96.2% and 97.8% for the above-mentioned crops, respectively, were achieved which are higher in comparison with classification on the same dataset using other standard feature descriptors like Local Binary Pattern (LBP) and Local Ternary Patterns (LTP). Further, the effectiveness of the proposed method is proven by comparing it with existing algorithms for plant disease phenotyping.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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