In the recent decade, high-throughput plant phenotyping techniques, which combine non-invasive image analysis and machine learning, have been successfully applied to identify and quantify plant health and diseases. However, these techniques usually do not consider the progressive nature of plant stress and often require images showing severe signs of stress to ensure high confidence detection, thereby reducing the feasibility for early detection and recovery of plants under stress. To overcome the problem mentioned above, we propose a deep learning pipeline for the temporal analysis of the visual changes induced in the plant due to stress and apply it for the specific case of water stress identification in Chickpea plant shoot images. For this, we have considered an image dataset of two chickpea varieties JG-62 and Pusa-372, under three water stress conditions; control, young seedling, and before flowering, captured over five months. We have employed a variant of the Long-term Recurrent Convolutional Network (LRCN) to learn spatio-temporal patterns from the chickpea plant dataset and use them for water stress classification. Our model has achieved ceiling level classification performance of 98.52% on JG-62 and 97.78% on Pusa-372 chickpea plant data and has outperformed the state-of-the-art time-invariant technique by at least 14% for both JG-62 and Pusa-372 species, to the best of our knowledge. Furthermore, our LRCN model has demonstrated robustness to noisy input, with a less than 2.5% dip in average model accuracy and a small standard deviation about the mean for both species. Lastly, we have performed an ablation study to analyze the performance of the LRCN model by decreasing the number of temporal session data used for training.


翻译:近十年来,高通量植物口味技术,结合非侵入性图像分析和机器学习,成功地应用高通量植物口味技术来识别和量化植物健康和疾病,然而,这些技术通常不考虑植物压力的渐进性质,往往需要显示严重压力迹象的图像,以确保高信任度检测,从而降低在压力下及早发现和恢复植物的可行性。为了克服上述问题,我们提出一个深层学习管道,用于对植物因压力而导致的视觉变化进行时间分析,并应用于奇克比亚植物摄影图像中的水压力识别具体案例。为此,我们考虑了两种鸡皮亚品种JG-62和Pusa-372的图像类物种数据集。在三种水压力条件下,控制、幼苗和开花之前,都存在严重的压力迹象。我们采用了长期的变异体变体变体网络(LRCN),从鸡皮亚工厂数据集中学习孔-时钟模式,并用于水压分类。我们的模型已经实现了98.52%的顶级水平,在JG-62和Pusa-372%的数值平均数据中,在JG-62和14G-Ser-Ser-lax-de-de-de-de-de-de-de-de-de-de-de-de-de-de-de-de-deal-vial-de-vial-de-vial-de-de-de-de-vial-de-vial-vial-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-

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