CNN feature based graph convolutional network for weed and crop recognition in smart farming

杂草 卷积神经网络 图形 计算机科学 人工智能 模式识别(心理学) 特征(语言学) 杂草防治 农学 理论计算机科学 语言学 哲学 生物
作者
Honghua Jiang,Chuanyin Zhang,Yongliang Qiao,Zhao Zhang,Wenjing Zhang,Changqing Song
出处
期刊:Computers and Electronics in Agriculture [Elsevier BV]
卷期号:174: 105450-105450 被引量:254
标识
DOI:10.1016/j.compag.2020.105450
摘要

Weeding is an effective way to increase crop yields. Reliable and accurate weed recognition is a prerequisite for achieving high-precision site-specific weed control in precision agriculture. To improve weed and crop recognition accuracy, a CNN feature based graph convolutional network (GCN) based approach is proposed. A GCN graph was constructed based on extracted weed CNN features and their Euclidean distances. Based on the semi-supervised learning, the GCN graph enriched the model by exploiting labeled and unlabeled image features, and testing samples obtain label information from labeled weed data by performing propagation over the graph. The proposed GCN-ResNet-101 approach achieved 97.80%, 99.37%, 98.93% and 96.51% recognition accuracies on four different weed datasets respectively, which outperformed the state-of-the-art methods (AlexNet, VGG16 and ResNet-101). Additionally, the runtime of the proposed approach also satisfies the real-time requirement of field weed control. The proposed CNN feature based GCN approach is favorable for multi-class crops and weeds recognition with limited labeled data, which is a promising approach in dealing with similar agricultural recognition tasks. Furthermore, the used datasets and source code are publicly available to facilitate the research in the recognition of field weeds.
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