Plant phenotyping is typically a time-consuming and expensive endeavor, requiring large groups of researchers to meticulously measure biologically relevant plant traits, and is the main bottleneck in understanding plant adaptation and the genetic architecture underlying complex traits at population scale. In this work, we address these challenges by leveraging few-shot learning with convolutional neural networks (CNNs) to segment the leaf body and visible venation of 2,906 P. trichocarpa leaf images obtained in the field. In contrast to previous methods, our approach (i) does not require experimental or image pre-processing, (ii) uses the raw RGB images at full resolution, and (iii) requires very few samples for training (e.g., just eight images for vein segmentation). Traits relating to leaf morphology and vein topology are extracted from the resulting segmentations using traditional open-source image-processing tools, validated using real-world physical measurements, and used to conduct a genome-wide association study to identify genes controlling the traits. In this way, the current work is designed to provide the plant phenotyping community with (i) methods for fast and accurate image-based feature extraction that require minimal training data, and (ii) a new population-scale data set, including 68 different leaf phenotypes, for domain scientists and machine learning researchers. All of the few-shot learning code, data, and results are made publicly available.
翻译:植物观赏通常是一项耗时费钱的工作,需要大批研究人员仔细测量与生物有关的植物特性,是了解植物适应和人口规模复杂特性的遗传结构的主要瓶颈。在这项工作中,我们通过利用与卷发神经网络(CNNs)的微小学习来应对这些挑战,将叶叶体和在实地获得的2 906 P. trichocarpa叶片的可见树胶分割成片,并使用现实世界物理测量进行验证,并用于进行少数基因组联系研究,以确定控制这些特性的基因。与以往方法不同,我们的方法(一)不需要试验或图像预处理,(二)使用原始RGB图像完全分辨率,(三)需要很少的样本来进行培训(例如,只有8张血管分解的图像)。 与叶形态学和血管表层有关的轨迹利用传统的开放源图像处理工具从由此产生的分块中提取,并使用现实世界物理测量的验证,并用于进行少数基因组联系研究,以确定控制这些特性的基因。在这种方式下,目前的工作旨在为植物谱系的RGB图像群落社区提供68种全的样本社区,包括快速和机型数据提取。 快速和机型数据模型的模型的模型的模型模型模型模型,要求快速和模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型,要求快速和模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型,要求,要求,要求,要求快速和模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的