Exploring Hyperspectral Imaging and 3D Convolutional Neural Network for Stress Classification in Plants
Notice bibliographique
Résumé
Hyperspectral imaging (HSI) has emerged as a transformative technology in imaging, characterized by its ability to capture a wide spectrum of light, including wavelengths beyond the visible range. This approach significantly differs from traditional imaging methods such as RGB imaging, which uses three color channels, and multispectral imaging, which captures several discrete spectral bands. Through this approach, HSI offers detailed spectral signatures for each pixel, facilitating a more nuanced analysis of the imaged subjects. This capability is particularly beneficial in applications like agricultural practices, where it can detect changes in physiological and structural characteristics of crops. Moreover, the ability of HSI to monitor these changes over time is advantageous for observing how subjects respond to different environmental conditions or treatments. However, the high-dimensional nature of hyperspectral data presents challenges in data processing and feature extraction. Traditional machine learning algorithms often struggle to handle such complexity. This is where 3D Convolutional Neural Networks (CNNs) become valuable. Unlike 1D-CNNs, which extract features from spectral dimensions, and 2D-CNNs, which focus on spatial dimensions, 3D CNNs have the capability to process data across both spectral and spatial dimensions. This makes them adept at extracting complex features from hyperspectral data. In this thesis, we explored the potency of HSI combined with 3D-CNN in agriculture domain where plant health and vitality are paramount. To evaluate this, we subjected lettuce plants to varying stress levels to assess the performance of this method in classifying the stressed lettuce at the early stages of growth into their respective stress-level groups. For this study, we created a dataset comprising 88 hyperspectral image samples of stressed lettuce. Utilizing Bayesian optimization, we developed 350 distinct 3D-CNN models to assess the method. The top-performing model achieved a 75.00\% test accuracy. Additionally, we addressed the challenge of generating valid 3D-CNN models in the Keras Tuner library through meticulous hyperparameter configuration. Our investigation also extends to the role of individual channels and channel groups within the color and near-infrared spectrum in predicting results for each stress-level group. We observed that the red and green spectra have a higher influence on the prediction results. Furthermore, we conducted a comprehensive review of 3D-CNN-based classification techniques for diseased and defective crops using non-UAV-based hyperspectral images.
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».