For a global breeding organization, identifying the next generation of superior crops is vital for its success. Recognizing new genetic varieties requires years of in-field testing to gather data about the crop's yield, pest resistance, heat resistance, etc. At the conclusion of the growing season, organizations need to determine which varieties will be advanced to the next growing season (or sold to farmers) and which ones will be discarded from the candidate pool. Specifically for soybeans, identifying their relative maturity is a vital piece of information used for advancement decisions. However, this trait needs to be physically observed, and there are resource limitations (time, money, etc.) that bottleneck the data collection process. To combat this, breeding organizations are moving toward advanced image capturing devices. In this paper, we develop a robust and automatic approach for estimating the relative maturity of soybeans using a time series of UAV images. An end-to-end hybrid model combining Convolutional Neural Networks (CNN) and Long Short-Term Memory (LSTM) is proposed to extract features and capture the sequential behavior of time series data. The proposed deep learning model was tested on six different environments across the United States. Results suggest the effectiveness of our proposed CNN-LSTM model compared to the local regression method. Furthermore, we demonstrate how this newfound information can be used to aid in plant breeding advancement decisions.


翻译:对于一个全球育种组织来说,确定下一代高作物是其成功的关键所在。认识新的遗传品种需要多年的实地测试,以收集关于作物产量、抗虫害抗药性、耐热性等的数据。在生长季节结束时,各组织需要确定哪些品种将先进到下一个生长季节(或出售给农民),哪些品种将从候选品种中丢弃。对于大豆来说,确定它们的相对成熟度是用来作出升级决定的重要信息。然而,需要实际观察这一特征,并且存在资源限制(时间、金钱等),从而阻碍数据收集进程。要克服这一点,育种组织正在向先进的图像采集装置前进。在本文中,我们需要制定一种强有力和自动的方法,利用UAV图像的时间序列来估计豆类的相对成熟度。一个端对端混合模型,结合了革命神经网络(CNN)和长短期记忆(LSTM),以提取时间序列数据的相继行为。拟议中的深学习模型(时间、金钱等)在六个不同的环境中测试了时间序列数据。为了打击,育种组织正在向美国推广的退步方法。

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