Published September 29, 2023 | Version v1
Publication Open

Automatic detection of weeds: synergy between EfficientNet and transfer learning to enhance the prediction accuracy

  • 1. Duy Tan University
  • 2. Ho Chi Minh City Open University
  • 3. University of L'Aquila

Description

Abstract The application of digital technologies to facilitate farming activities has been on the rise in recent years. Among different tasks, the classification of weeds is a prerequisite for smart farming, and various techniques have been proposed to automatically detect weeds from images. However, many studies deal with weed images collected in the laboratory settings, and this might not be applicable to real-world scenarios. In this sense, there is still the need for robust classification systems that can be deployed in the field. In this work, we propose a practical solution to recognition of weeds exploiting two versions of EfficientNet as the recommendation engine. More importantly, to make the learning more effective, we also utilize different transfer learning strategies. The final aim is to build an expert system capable of accurately detecting weeds from lively captured images. We evaluate the approach's performance using DeepWeeds, a real-world dataset with 17,509 images. The experimental results show that the application of EfficientNet and transfer learning on the considered dataset substantially improves the overall prediction accuracy in various settings. Through the evaluation, we also demonstrate that the conceived tool outperforms various state-of-the-art baselines. We expect that the proposed framework can be installed in robots to work on rice fields in Vietnam, allowing farmers to find and eliminate weeds in an automatic manner.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

كان تطبيق التقنيات الرقمية لتسهيل الأنشطة الزراعية في ارتفاع في السنوات الأخيرة. من بين المهام المختلفة، يعد تصنيف الأعشاب الضارة شرطًا أساسيًا للزراعة الذكية، وقد تم اقتراح تقنيات مختلفة للكشف التلقائي عن الأعشاب الضارة من الصور. ومع ذلك، تتعامل العديد من الدراسات مع صور الأعشاب الضارة التي تم جمعها في إعدادات المختبر، وقد لا ينطبق هذا على سيناريوهات العالم الحقيقي. وبهذا المعنى، لا تزال هناك حاجة إلى أنظمة تصنيف قوية يمكن نشرها في الميدان. في هذا العمل، نقترح حلاً عمليًا للتعرف على الأعشاب الضارة التي تستغل نسختين من EfficientNet كمحرك للتوصية. والأهم من ذلك، لجعل التعلم أكثر فعالية، نستخدم أيضًا استراتيجيات تعلم نقل مختلفة. الهدف النهائي هو بناء نظام خبير قادر على الكشف بدقة عن الأعشاب الضارة من الصور الملتقطة الحيوية. نقوم بتقييم أداء النهج باستخدام DeepWeeds، وهي مجموعة بيانات في العالم الحقيقي تحتوي على 17509 صورة. تُظهر النتائج التجريبية أن تطبيق EfficientNet ونقل التعلم على مجموعة البيانات المدروسة يحسن بشكل كبير من دقة التنبؤ الإجمالية في إعدادات مختلفة. من خلال التقييم، نثبت أيضًا أن الأداة المتصورة تتفوق على مختلف خطوط الأساس الحديثة. نتوقع أنه يمكن تثبيت الإطار المقترح في الروبوتات للعمل في حقول الأرز في فيتنام، مما يسمح للمزارعين بالعثور على الأعشاب الضارة والقضاء عليها بطريقة تلقائية.

Translated Description (French)

Résumé L'application des technologies numériques pour faciliter les activités agricoles a augmenté ces dernières années. Parmi les différentes tâches, la classification des mauvaises herbes est une condition préalable à l'agriculture intelligente, et diverses techniques ont été proposées pour détecter automatiquement les mauvaises herbes à partir d'images. Cependant, de nombreuses études traitent d'images de mauvaises herbes collectées en laboratoire, et cela pourrait ne pas être applicable aux scénarios du monde réel. En ce sens, il existe toujours le besoin de systèmes de classification robustes qui peuvent être déployés sur le terrain. Dans ce travail, nous proposons une solution pratique à la reconnaissance des mauvaises herbes en exploitant deux versions d'EfficientNet comme moteur de recommandation. Plus important encore, pour rendre l'apprentissage plus efficace, nous utilisons également différentes stratégies d'apprentissage par transfert. L'objectif final est de construire un système expert capable de détecter avec précision les mauvaises herbes à partir d'images capturées vivantes. Nous évaluons les performances de l'approche à l'aide de DeepWeeds, un ensemble de données réelles contenant 17 509 images. Les résultats expérimentaux montrent que l'application d'EfficientNet et l'apprentissage par transfert sur l'ensemble de données considéré améliorent considérablement la précision globale de la prédiction dans divers contextes. Grâce à l'évaluation, nous démontrons également que l'outil conçu surpasse diverses bases de référence de pointe. Nous nous attendons à ce que le cadre proposé puisse être installé dans des robots pour travailler sur des rizières au Vietnam, permettant aux agriculteurs de trouver et d'éliminer les mauvaises herbes de manière automatique.

Translated Description (Spanish)

Resumen La aplicación de las tecnologías digitales para facilitar las actividades agrícolas ha ido en aumento en los últimos años. Entre las diferentes tareas, la clasificación de las malas hierbas es un requisito previo para la agricultura inteligente, y se han propuesto diversas técnicas para detectar automáticamente las malas hierbas a partir de imágenes. Sin embargo, muchos estudios tratan con imágenes de malezas recopiladas en entornos de laboratorio, y esto podría no ser aplicable a escenarios del mundo real. En este sentido, todavía existe la necesidad de sistemas de clasificación robustos que puedan implementarse en el campo. En este trabajo proponemos una solución práctica al reconocimiento de malas hierbas aprovechando dos versiones de EfficientNet como motor de recomendación. Más importante aún, para que el aprendizaje sea más efectivo, también utilizamos diferentes estrategias de aprendizaje por transferencia. El objetivo final es construir un sistema experto capaz de detectar con precisión las malas hierbas a partir de imágenes capturadas animadas. Evaluamos el rendimiento del enfoque utilizando DeepWeeds, un conjunto de datos del mundo real con 17.509 imágenes. Los resultados experimentales muestran que la aplicación de EfficientNet y el aprendizaje de transferencia en el conjunto de datos considerado mejora sustancialmente la precisión general de la predicción en varios entornos. A través de la evaluación, también demostramos que la herramienta concebida supera a varias líneas de base de vanguardia. Esperamos que el marco propuesto se pueda instalar en robots para trabajar en campos de arroz en Vietnam, permitiendo a los agricultores encontrar y eliminar malezas de manera automática.

Files

s00500-023-09212-7.pdf.pdf

Files (2.6 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:cd47f079670c30d1c4e102893e685210
2.6 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
الكشف التلقائي عن الأعشاب الضارة: التآزر بين EfficientNet وتعلم النقل لتعزيز دقة التنبؤ
Translated title (French)
Détection automatique des mauvaises herbes : synergie entre EfficientNet et l'apprentissage par transfert pour améliorer la précision de la prédiction
Translated title (Spanish)
Detección automática de malas hierbas: sinergia entre EfficientNet y transferencia de aprendizaje para mejorar la precisión de la predicción

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4387168685
DOI
10.1007/s00500-023-09212-7

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Vietnam

References

  • https://openalex.org/W1517273206
  • https://openalex.org/W2117539524
  • https://openalex.org/W2183320018
  • https://openalex.org/W2395579298
  • https://openalex.org/W2467954037
  • https://openalex.org/W2501369945
  • https://openalex.org/W2573063466
  • https://openalex.org/W2593674340
  • https://openalex.org/W2625892824
  • https://openalex.org/W2752788177
  • https://openalex.org/W2789255992
  • https://openalex.org/W2790979755
  • https://openalex.org/W2901265624
  • https://openalex.org/W2903703585
  • https://openalex.org/W2913308689
  • https://openalex.org/W2943233469
  • https://openalex.org/W2962953743
  • https://openalex.org/W2963523428
  • https://openalex.org/W2964098158
  • https://openalex.org/W2966160658
  • https://openalex.org/W2966524519
  • https://openalex.org/W2968214372
  • https://openalex.org/W2969841436
  • https://openalex.org/W3011924739
  • https://openalex.org/W3031359455
  • https://openalex.org/W3031965526
  • https://openalex.org/W3034580072
  • https://openalex.org/W3035160371
  • https://openalex.org/W3035743198
  • https://openalex.org/W3128873393
  • https://openalex.org/W3165943219
  • https://openalex.org/W4312443924
  • https://openalex.org/W4365813938