Spectral Preprocessing Combined with Deep Transfer Learning to Evaluate Chlorophyll Content in Cotton Leaves

偏最小二乘回归 高光谱成像 预处理器 计算机科学 人工智能 学习迁移 转化(遗传学) 数据预处理 支持向量机 模式识别(心理学) 深度学习 卷积神经网络 生物系统 数学 机器学习 化学 生物 基因 生物化学
作者
Qinlin Xiao,Wentan Tang,Chu Zhang,Lei Zhou,Lei Feng,Jianxun Shen,Tianying Yan,Pan Gao,Yong He,Na Wu
出处
期刊:Plant phenomics [AAAS00]
卷期号:2022 被引量:37
标识
DOI:10.34133/2022/9813841
摘要

Rapid determination of chlorophyll content is significant for evaluating cotton's nutritional and physiological status. Hyperspectral technology equipped with multivariate analysis methods has been widely used for chlorophyll content detection. However, the model developed on one batch or variety cannot produce the same effect for another due to variations, such as samples and measurement conditions. Considering that it is costly to establish models for each batch or variety, the feasibility of using spectral preprocessing combined with deep transfer learning for model transfer was explored. Seven different spectral preprocessing methods were discussed, and a self-designed convolutional neural network (CNN) was developed to build models and conduct transfer tasks by fine-tuning. The approach combined first-derivative (FD) and standard normal variate transformation (SNV) was chosen as the best pretreatment. For the dataset of the target domain, fine-tuned CNN based on spectra processed by FD + SNV outperformed conventional partial least squares (PLS) and squares-support vector machine regression (SVR). Although the performance of fine-tuned CNN with a smaller dataset was slightly lower, it was still better than conventional models and achieved satisfactory results. Ensemble preprocessing combined with deep transfer learning could be an effective approach to estimate the chlorophyll content between different cotton varieties, offering a new possibility for evaluating the nutritional status of cotton in the field.

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