Perithecia Detection from Images of Stubble using Deep Learning Models

背景(考古学) 人工智能 卷积神经网络 机器学习 镰刀菌 深度学习 目标检测 训练集 计算机科学 农学 模式识别(心理学) 生物 园艺 古生物学
作者
Hilda Azimi,Pengcheng Xi,Miroslava Čuperlović-Culf,Martha Vaughan
标识
DOI:10.1109/ssci50451.2021.9660082
摘要

Fusarium Head Blight (FHB) is a serious fungal disease of cereal crops that can not only reduce grain yield and quality, but can also contaminate grain with hazardous mycotoxins. In North America, FHB is predominantly caused by Fusarium graminearum (Fg). The primary form of Fg inoculum is ascospores, produced within small (< 0.5 mm), darkly pigmented fruiting bodies known as perithecia. The density of the Fg inoculum (i.e., the total number of perithecia) is associated with the potential for FHB severity. In order to provide growers with a timely tool to assess local FHB risk, we have developed machine learning models capable of detecting perithecia and estimating inoculum density from stubble images. We have implemented two deep learning-based object detection approaches: faster Region-based Convolutional Neural Networks (R-CNN) and You Only Look Once (YOLO). We have trained and tested a series of deep learning models through a lab-collected data set, with the best model achieving an average precision of 73% in perithecia detection. This work demonstrates the feasibility of applying machine learning to precision agriculture in the context of estimating pathogen inoculum density for disease forecasting.

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