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Enregistrement W4409204269 · doi:10.1016/j.atech.2025.100934

Improved crop row detection by employing attention-based vision transformers and convolutional neural networks with integrated depth modeling for precise spatial accuracy

2025· article· en· W4409204269 sur OpenAlexafffundabout
Hassan Afzaal, Derek Rude, Aitazaz A. Farooque, Gurjit S. Randhawa, Arnold W. Schuman, Nicholas Krouglicof

Notice bibliographique

RevueSmart Agricultural Technology · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineAgricultural and Biological Sciences
ThématiqueSmart Agriculture and AI
Établissements canadiensUniversity of GuelphPlant Biotechnology InstituteUniversity of Prince Edward Island
Organismes subventionnairesMitacs
Mots-clésConvolutional neural networkComputer scienceArtificial intelligenceTransformerPattern recognition (psychology)Computer visionEngineering

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Precision agriculture has emerged as a revolutionary technology for tackling global food security issues by optimizing crop yield and resource management. Incorporating artificial intelligence (AI) within agricultural practices has fundamentally transformed the discipline by facilitating sophisticated data analysis, predictive modeling, and automation. This research presents a novel framework that integrates deep learning, precision agriculture, and depth modeling to detect crop rows and spatial information accurately. The proposed framework employs the latest attention and convolution-based encoders, such as ConvFormer, CAFormer, Swin Transformer, and ConvNextV2, in precisely identifying crop rows across varied and challenging agricultural environments. The binary segmentation models were trained using a high-resolution soybean crop dataset (733 images), which consisted of data from fifteen distinct locations in Canada, collected during different growth phases. LabelMe and albumentation tools were used to generate a segmentation dataset, followed by data augmentation techniques to enhance data generalization and robustness. With training (∼70 %, 513 images), validation (∼15 %, 109 images), and test (∼15 %, 111 images) splits, the models learned to differentiate crop rows from background noise, achieving notable accuracy across multiple metrics, including Precision, Recall, F1 Score, and Dice Score.An essential element of this pipeline is incorporating the Depth Pro model for precise computation of Ground Sampling Distance (GSD) by estimating images' absolute height and depth maps. The depth maps were analyzed to examine GSD variability across fifteen clusters of field images, revealing a spectrum of GSD values ranging from 0.5 to 2.0 mm/pixel for most clusters. The proposed model demonstrates superior performance in crop row segmentation tasks, achieving an F1 Score of 0.8012, Precision of 0.8512, Recall of 0.7584, and Accuracy of 0.8477 on the validation set. In comparative analysis with state-of-the-art (SOTA) models, ConvFormer outperformed alternatives such as ConvNextv2, CAFormer, and Swin S3 across multiple metrics. Notably, ConvFormer achieves a higher balance of precision and recall than ResNet models, which exhibit lower metrics (e.g., F1 Score of 0.7307 and Recall of 0.6551), underscoring its effectiveness in complex agricultural scenarios. Furthermore, classic machine vision methods were tested for extracting line information from binary segmentation masks, which can be useful for plant analytics, autonomous driving, and other various applications. The proposed workflow offers a robust solution for automating field operations, optimizing resource efficiency, and improving crop productivity.

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)0,001
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,015
Score d'incertitude au seuil0,029

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

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

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 Opus0,006
Tête enseignante GPT0,213
Écart entre enseignants0,206 · 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'étudeExpérimental (laboratoire)
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

Citations5
Publié2025
Routes d'admission3
Résumé présentoui

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