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Enregistrement W4389887343 · doi:10.36939/ir.202312181457

Exploring Hyperspectral Imaging and 3D Convolutional Neural Network for Stress Classification in Plants

2023· dissertation· en· W4389887343 sur OpenAlexafffund
Nooshin Noshiri

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typedissertation
Langueen
DomaineChemistry
ThématiqueSpectroscopy and Chemometric Analyses
Établissements canadiensUniversity of WinnipegUniversity of Manitoba
Organismes subventionnairesMitacs
Mots-clésHyperspectral imagingConvolutional neural networkMultispectral imageArtificial intelligenceComputer sciencePattern recognition (psychology)PixelFocus (optics)Process (computing)RGB color modelRemote sensingComputer visionGeography

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

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 enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,009
Score d'incertitude au seuil0,017

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,001
Bibliométrie0,0010,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,000
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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.

Tête enseignante Opus0,094
Tête enseignante GPT0,320
Écart entre enseignants0,226 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations1
Publié2023
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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