In-field early disease recognition of potato late blight based on deep learning and proximal hyperspectral imaging

高光谱成像 人工智能 卷积神经网络 深度学习 计算机科学 模式识别(心理学) 背景(考古学) 特征(语言学) 领域(数学) 枯萎病 遥感 数学 地理 园艺 生物 考古 哲学 纯数学 语言学
作者
Chao Qi,Murilo Sandroni,Jesper Cairo Westergaard,Ea Høegh Riis Sundmark,Merethe Bagge,Erik Alexandersson,Junfeng Gao
出处
期刊:Cornell University - arXiv
标识
DOI:10.48550/arxiv.2111.12155
摘要

Effective early detection of potato late blight (PLB) is an essential aspect of potato cultivation. However, it is a challenge to detect late blight at an early stage in fields with conventional imaging approaches because of the lack of visual cues displayed at the canopy level. Hyperspectral imaging can, capture spectral signals from a wide range of wavelengths also outside the visual wavelengths. In this context, we propose a deep learning classification architecture for hyperspectral images by combining 2D convolutional neural network (2D-CNN) and 3D-CNN with deep cooperative attention networks (PLB-2D-3D-A). First, 2D-CNN and 3D-CNN are used to extract rich spectral space features, and then the attention mechanism AttentionBlock and SE-ResNet are used to emphasize the salient features in the feature maps and increase the generalization ability of the model. The dataset is built with 15,360 images (64x64x204), cropped from 240 raw images captured in an experimental field with over 20 potato genotypes. The accuracy in the test dataset of 2000 images reached 0.739 in the full band and 0.790 in the specific bands (492nm, 519nm, 560nm, 592nm, 717nm and 765nm). This study shows an encouraging result for early detection of PLB with deep learning and proximal hyperspectral imaging.

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