Recent research on the application of remote sensing and deep learning-based analysis in precision agriculture demonstrated a potential for improved crop management and reduced environmental impacts of agricultural production. Despite the promising results, the practical relevance of these technologies for field deployment requires novel algorithms that are customized for analysis of agricultural images and robust to implementation on natural field imagery. The paper presents an approach for analyzing aerial images of a potato (Solanum tuberosum L.) crop using deep neural networks. The main objective is to demonstrate automated spatial recognition of healthy vs. stressed crop at a plant level. Specifically, we examine premature plant senescence resulting in drought stress on Russet Burbank potato plants. We propose a novel deep learning (DL) model for detecting crop stress, named Retina-UNet-Ag. The proposed architecture is a variant of Retina-UNet and includes connections from low-level semantic representation maps to the feature pyramid network. The paper also introduces a dataset of aerial field images acquired with a Parrot Sequoia camera. The dataset includes manually annotated bounding boxes of healthy and stressed plant regions. Experimental validation demonstrated the ability for distinguishing healthy and stressed plants in field images, achieving an average dice score coefficient (DSC) of 0.74. A comparison to related state-of-the-art DL models for object detection revealed that the presented approach is effective for this task. The proposed method is conducive toward the assessment and recognition of potato crop stress in aerial field images collected under natural conditions.


翻译:近些年来对精密农业应用遥感和深学习分析的研究表明,在改进作物管理和减少农业生产对环境的影响方面,有潜力改进作物管理和减少农业生产的环境影响。尽管取得了令人乐观的成果,但这些技术对实地部署的实际意义要求采用新颖的深层次算法(DL)来分析农业图像,对自然实地图像进行分析;本文件介绍了利用深层神经网络分析马铃薯(Solanum 管状L.)作物空中图像的方法;主要目的是展示植物一级健康作物相对于高压作物的自动空间识别。具体地说,我们研究了导致Russet Burbank马铃薯厂干旱压力的过早植物隐蔽现象。我们提出了用于探测作物压力的新颖的深层次学习(DL)模型,名为Retina-UNet-Ag。拟议架构是Retina-UNet的一种变体,包括利用低层次的语系代表图与地金字塔网络的连接。本文件还介绍了用Parrot Sequoia摄像头获得的航空场图像的数据集。该数据集包括了健康和有压力的植物目标区域条件的附加框框框框框框。实验性地测量测量测量模型显示在健康和测测测测测测测测厂的实验室的正确度的方法。

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