A Single Stream Modified MobileNet V2 and Whale Controlled Entropy Based Optimization Framework for Citrus Fruit Diseases Recognition
Creators
- 1. HITEC University
- 2. Al Jouf University
- 3. Majmaah University
- 4. Princess Nourah bint Abdulrahman University
- 5. Prince Sattam Bin Abdulaziz University
- 6. Chungnam National University
Description
Fruit disease recognition is quickly becoming a hot topic in the field of computer vision.The presence of plant diseases not only reduces fruit production but also causes a significant loss to the national economy.Citrus fruits help to strengthen the immune system, allowing it to fight off diseases such as COVID-19.Manual inspection of fruit diseases with the naked eye takes time and is difficult; therefore, a computer based method is always required for accurate recognition of plant diseases.Several deep learning techniques for recognizing citrus fruit diseases have been introduced in the literature.Existing techniques had several issues, including redundant features, convolutional neural network (CNN) model selection, low contrast images, and long computational times.In this paper, a single stream convolutional neural network architecture is proposed for recognizing citrus fruit diseases.In the first step, data augmentation is performed using four contrast enhancement operations: shadow removal, adjusting pixel intensity, improving brightness, and improving local contrast.The MobileNet-V2 CNN model is selected and finetuned in the second step.Using the transfer learning process, the fine-tuned model is trained on the augmented citrus dataset.The newly trained model is used for deep feature extraction; however, analysis shows that the extracted deep features contain little redundant information.As a result, an improved Whale Optimization Algorithm (IWOA) is used in the third step.The best features are then classified using machine learning classifiers in the final step.The augmented citrus fruits, leaves, and hybrid dataset were used in the experimental process and achieved an accuracy of 99.4,99.5, and 99.7%.When compared to existing techniques, the proposed architecture outperformed them in terms of accuracy and time.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
سرعان ما أصبح التعرف على أمراض الفاكهة موضوعًا ساخنًا في مجال رؤية الكمبيوتر. إن وجود الأمراض النباتية لا يقلل من إنتاج الفاكهة فحسب، بل يتسبب أيضًا في خسارة كبيرة للاقتصاد الوطني. تساعد ثمار الحمضيات على تقوية الجهاز المناعي، مما يسمح له بمكافحة أمراض مثل COVID -19. يستغرق الفحص اليدوي لأمراض الفاكهة بالعين المجردة وقتًا وهو أمر صعب ؛ لذلك، هناك حاجة دائمًا إلى طريقة تعتمد على الكمبيوتر للتعرف الدقيق على الأمراض النباتية. العديد من تقنيات التعلم العميق للتعرف على أمراض الحمضيات تم إدخالها في الأدبيات. واجهت التقنيات الموجودة العديد من المشكلات، بما في ذلك الميزات الزائدة عن الحاجة، واختيار نموذج الشبكة العصبية الالتفافية (CNN)، والصور منخفضة التباين، والأوقات الحاسوبية الطويلة. في هذه الورقة، يتم اقتراح بنية شبكة عصبية التفافية واحدة للتعرف على أمراض الحمضيات. في الخطوة الأولى، يتم إجراء زيادة البيانات باستخدام أربع عمليات لتعزيز التباين: إزالة الظل، وضبط شدة البكسل، وتحسين السطوع، وتحسين التباين المحلي. يتم اختيار نموذج MobileNet - V2 CNN وضبطه في الخطوة الثانية. باستخدام عملية تعلم النقل، يتم تدريب النموذج المضبوط بدقة على مجموعة بيانات الحمضيات المعززة. يتم استخدام النموذج المدرب حديثًا لاستخراج الميزات العميقة ؛ ومع ذلك، يظهر التحليل أن الميزات العميقة المستخرجة تحتوي على القليل من المعلومات الزائدة عن الحاجة. ونتيجة لذلك، يتم استخدام خوارزمية تحسين الحيتان المحسنة (IWOA) في الخطوة الثالثة. ثم يتم تصنيف أفضل الميزات باستخدام مصنفات التعلم الآلي في الخطوة النهائية. تم استخدام ثمار الحمضيات المعززة والأوراق ومجموعة البيانات الهجينة في العملية التجريبية وحققت دقة 99.4 و99.5 و99.7 ٪. عند مقارنتها بالتقنيات الحالية، تفوقت البنية المقترحة عليها من حيث الدقة والوقت.Translated Description (French)
La reconnaissance des maladies des fruits devient rapidement un sujet brûlant dans le domaine de la vision par ordinateur.La présence de maladies des plantes non seulement réduit la production de fruits, mais entraîne également une perte importante pour l'économie nationale.Les agrumes aident à renforcer le système immunitaire, lui permettant de lutter contre des maladies telles que la COVID-19.L' inspection manuelle des maladies des fruits à l'œil nu prend du temps et est difficile ; par conséquent, une méthode informatique est toujours nécessaire pour une reconnaissance précise des maladies des plantes.Plusieurs techniques d'apprentissage en profondeur pour reconnaître les maladies des agrumes ont a été introduite dans la littérature.Les techniques existantes présentaient plusieurs problèmes, notamment des caractéristiques redondantes, la sélection de modèles de réseau neuronal convolutif (CNN), des images à faible contraste et de longs temps de calcul.Dans cet article, une architecture de réseau neuronal convolutif à flux unique est proposée pour reconnaître les maladies des agrumes.Dans la première étape, l'augmentation des données est effectuée à l'aide de quatre opérations d'amélioration du contraste : suppression des ombres, ajustement de l'intensité des pixels, amélioration de la luminosité et amélioration du contraste local.Le modèle CNN MobileNet-V2 est sélectionné et affiné dans la deuxième étape.En utilisant le processus d'apprentissage par transfert, le modèle affiné est formé sur l'ensemble de données augmenté sur les agrumes. Le modèle nouvellement formé est utilisé pour l'extraction de caractéristiques profondes ; cependant, l'analyse montre que les caractéristiques profondes extraites contiennent peu d'informations redondantes. En conséquence, un algorithme amélioré d'optimisation des baleines (IWOA) est utilisé à la troisième étape. Les meilleures caractéristiques sont ensuite classées à l'aide de classificateurs d'apprentissage automatique à l'étape finale. Les agrumes, les feuilles et l'ensemble de données hybrides augmentés ont été utilisés dans le processus expérimental et ont atteint une précision de 99,4,99,5 et 99,7 %. Par rapport aux techniques existantes, l'architecture proposée les a surpassées en termes de précision et de temps.Translated Description (Spanish)
El reconocimiento de enfermedades de las frutas se está convirtiendo rápidamente en un tema candente en el campo de la visión por computadora. La presencia de enfermedades de las plantas no solo reduce la producción de frutas, sino que también causa una pérdida significativa para la economía nacional. Los cítricos ayudan a fortalecer el sistema inmunológico, lo que le permite combatir enfermedades como la COVID-19. La inspección manual de las enfermedades de las frutas a simple vista lleva tiempo y es difícil; por lo tanto, siempre se requiere un método basado en computadora para el reconocimiento preciso de las enfermedades de las plantas. Diversas técnicas de aprendizaje profundo para reconocer las enfermedades de los cítricos tienen introducidas en la literatura. Las técnicas existentes tenían varios problemas, incluidas las características redundantes, la selección del modelo de red neuronal convolucional (CNN), las imágenes de bajo contraste y los largos tiempos computacionales. En este documento, se propone una arquitectura de red neuronal convolucional de un solo flujo para reconocer las enfermedades de los cítricos. En el primer paso, el aumento de datos se realiza mediante cuatro operaciones de mejora del contraste: eliminación de sombras, ajuste de la intensidad de los píxeles, mejora del brillo y mejora del contraste local. El modelo CNN de MobileNet-V2 se selecciona y ajusta en el segundo paso. Usando el proceso de aprendizaje de transferencia, el modelo ajustado se entrena en el conjunto de datos de cítricos aumentados. El modelo recién entrenado se utiliza para la extracción de características profundas; sin embargo, el análisis muestra que las características profundas extraídas contienen poca información redundante. Como resultado, se utiliza un algoritmo de optimización de ballenas mejorado (IWOA) en el tercer paso. Las mejores características se clasifican utilizando clasificadores de aprendizaje automático en el paso final. Los cítricos aumentados, las hojas y el conjunto de datos híbridos se utilizaron en el proceso experimental y lograron una precisión de 99.4,99.5 y 99.7%. En comparación con las técnicas existentes, la arquitectura propuesta los superó en términos de precisión y tiempo.Files
09866065.pdf.pdf
Files
(245 Bytes)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:b8ce3df903b1d0b4480573143c9fae06
|
245 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- إطار تحسين أحادي التدفق معدّل MobileNet V2 والإنتروبيا المتحكم بها للحيتان للتعرف على أمراض الحمضيات والفاكهة
- Translated title (French)
- A Single Stream Modified MobileNet V2 and Whale Controlled Entropy Based Optimization Framework for Citrus Fruit Diseases Recognition
- Translated title (Spanish)
- Un marco de optimización basado en la entropía controlada por ballenas y MobileNet V2 modificada de un solo flujo para el reconocimiento de enfermedades de los cítricos
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4292968804
- DOI
- 10.1109/access.2022.3201338
References
- https://openalex.org/W2290883490
- https://openalex.org/W2789876780
- https://openalex.org/W2952068604
- https://openalex.org/W2954996726
- https://openalex.org/W2962791118
- https://openalex.org/W2962949934
- https://openalex.org/W2963163009
- https://openalex.org/W2969364300
- https://openalex.org/W2969791356
- https://openalex.org/W2985627780
- https://openalex.org/W2994896500
- https://openalex.org/W3009980084
- https://openalex.org/W3037429853
- https://openalex.org/W3038203882
- https://openalex.org/W3039924663
- https://openalex.org/W3041133507
- https://openalex.org/W3083481993
- https://openalex.org/W3087785539
- https://openalex.org/W3088330075
- https://openalex.org/W3092345561
- https://openalex.org/W3107194210
- https://openalex.org/W3118634628
- https://openalex.org/W3135999592
- https://openalex.org/W3162088729
- https://openalex.org/W3162524694
- https://openalex.org/W3163997686
- https://openalex.org/W3193425446
- https://openalex.org/W3195207374
- https://openalex.org/W4211104684
- https://openalex.org/W4225608741
- https://openalex.org/W4226055492