Gwan Ik, Park;Kyu Dong, Sim;Min Su, Kyeon;Sang Hwa, Lee;Jeong Hyun, Baek;Jong-Il, Park
Journal of Broadcast Engineering
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v.27
no.6
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pp.923-935
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2022
This paper deals with detection and classification of leaf diseases for phenomics systems. As the smart farm systems of plants are increased, It is important to determine quickly the abnormal growth of plants without supervisors. This paper considers the color distribution and shape information of leaf diseases, and designs two deep leaning networks in training the leaf diseases. In the first step, color distribution of input image is analyzed for possible diseases. In the second step, the image is first partitioned into small segments using mean shift clustering, and the color information of each segment is inspected by the proposed Color Network. When a segment is determined as disease, the shape parameters of the segment are extracted and inspected by proposed Shape Network to classify the leaf disease types in the third step. According to the experiments with two types of diseases (frogeye/rust and tipburn) for apple leaves and iceberg, the leaf diseases are detected with 92.3% recall for a segment and with 99.3% recall for an input image where there are usually more than two disease segments. The proposed method is useful for detecting leaf diseases quickly in the smart farm environment, and is extendible to various types of new plants and leaf diseases without additional learning.
The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.14
no.5
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pp.959-968
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2019
In the agricultural industry, wireless sensor network technology has being applied by utilizing various sensors and embedded systems. In particular, a lot of researches are being conducted to diagnose diseases of crops early by using sensor network. There are some difficulties on traditional research how to diagnose crop diseases is not practical for agriculture. This paper proposes the algorithm which enables to investigate and analyze the crop leaf image taken by image camera and detect the infected area within the image. We applied the enhanced k-means clustering method to the images captured at horticulture facility and categorized the areas in the image. Then we used the edge detection and edge tracking scheme to decide whether the extracted areas are located in inside of leaf or not. The performance was evaluated using the images capturing tomato leaves. The results of performance evaluation shows that the proposed algorithm outperforms the traditional algorithms in terms of classification capability.
Kiruba, Raji I;Thyagharajan, K.K;Vignesh, T;Kalaiarasi, G
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.15
no.10
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pp.3708-3728
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2021
Indian herbal plants are used in agriculture and in the food, cosmetics, and pharmaceutical industries. Laboratory-based tests are routinely used to identify and classify similar herb species by analyzing their internal cell structures. In this paper, we have applied computer vision techniques to do the same. The original leaf image was preprocessed using the Chan-Vese active contour segmentation algorithm to efface the background from the image by setting the contraction bias as (v) -1 and smoothing factor (µ) as 0.5, and bringing the initial contour close to the image boundary. Thereafter the segmented grayscale image was fed to a leaky capacitance fired neuron model (LCFN), which differentiates between similar herbs by combining different groups of pixels in the leaf image. The LFCN's decay constant (f), decay constant (g) and threshold (h) parameters were empirically assigned as 0.7, 0.6 and h=18 to generate the 1D feature vector. The LCFN time sequence identified the internal leaf structure at different iterations. Our proposed framework was tested against newly collected herbal species of natural images, geometrically variant images in terms of size, orientation and position. The 1D sequence and shape features of aloe, betel, Indian borage, bittergourd, grape, insulin herb, guava, mango, nilavembu, nithiyakalyani, sweet basil and pomegranate were fed into the 5-fold Bayesian regularization neural network (BRNN), K-nearest neighbors (KNN), support vector machine (SVM), and ensemble classifier to obtain the highest classification accuracy of 91.19%.
Image processing systems have been used to measure the plant parameters such as size, shape and structure of plants. There are yet some limited applications for evaluating plant colors due to illumination conditions. This study was focused to present adaptive methods to analyze plant leaf color regardless of illumination conditions. Color patches attached on the calibration bars were selected to represent leaf colors of lettuces and to test a possibility of health monitoring of lettuces. Repeatability of assigning leaf colors to color patches was investigated by two-tailed t-test for paired comparison. It resulted that there were no differences of assignment histogram between two images of one lettuce that were acquired at different light conditions. It supported that use of the calibration bars proposed for leaf color analysis provided color constancy, which was one of the most important issues in a video color analysis. A health discrimination equation was developed to classify lettuces into one of two classes, SOUND group and POOR group, using the machine vision. The classification accuracy of the developed health discrimination equation was 80.8%, compared to farmers' decision. This study could provide a feasible method to develop a standard color chart for evaluating leaf colors of plants and plant health monitoring system using the machine vision.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.14
no.8
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pp.3312-3327
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2020
Plant diseases are a significant yield and quality constraint for farmers around the world due to their severe impact on agricultural productivity. Such losses can have a substantial impact on the economy which causes a reduction in farmer's income and higher prices for consumers. Further, it may also result in a severe shortage of food ensuing violent hunger and starvation, especially, in less-developed countries where access to disease prevention methods is limited. This research presents an investigation of Directional Local Quinary Patterns (DLQP) as a feature descriptor for plants leaf disease detection and Support Vector Machine (SVM) as a classifier. The DLQP as a feature descriptor is specifically the first time being used for disease detection in horticulture. DLQP provides directional edge information attending the reference pixel with its neighboring pixel value by involving computation of their grey-level difference based on quinary value (-2, -1, 0, 1, 2) in 0°, 45°, 90°, and 135° directions of selected window of plant leaf image. To assess the robustness of DLQP as a texture descriptor we used a research-oriented Plant Village dataset of Tomato plant (3,900 leaf images) comprising of 6 diseased classes, Potato plant (1,526 leaf images) and Apple plant (2,600 leaf images) comprising of 3 diseased classes. The accuracies of 95.6%, 96.2% and 97.8% for the above-mentioned crops, respectively, were achieved which are higher in comparison with classification on the same dataset using other standard feature descriptors like Local Binary Pattern (LBP) and Local Ternary Patterns (LTP). Further, the effectiveness of the proposed method is proven by comparing it with existing algorithms for plant disease phenotyping.
Plants are very crucial for life on Earth. There is a wide variety of plant species available, and the number is increasing every year. Species knowledge is a necessity of various groups of society like foresters, farmers, environmentalists, educators for different work areas. This makes species identification an interdisciplinary interest. This, however, requires expert knowledge and becomes a tedious and challenging task for the non-experts who have very little or no knowledge of the typical botanical terms. However, the advancements in the fields of machine learning and computer vision can help make this task comparatively easier. There is still not a system so developed that can identify all the plant species, but some efforts have been made. In this study, we also have made such an attempt. Plant identification usually involves four steps, i.e. image acquisition, pre-processing, feature extraction, and classification. In this study, images from Swedish leaf dataset have been used, which contains 1,125 images of 15 different species. This is followed by pre-processing using Gaussian filtering mechanism and then texture and color features have been extracted. Finally, classification has been done using Multiclass-support vector machine, which achieved accuracy of nearly 93.26%, which we aim to enhance further.
According to fast change of the environment, the structured study of the ecosystem by analyzing the plant leaves are needed. Expecially, the methodology that searches and classifies the leaves from captured from the smart device have received numerous concerns in the field of computer science and ecology. In this paper, we propose a plant leaf classification technique using shape descriptor by combining Scale Invarinat Feature Transform (SIFT) and Histogram of Oriented Gradient (HOG) from the image segmented from the background via Graphcut algorithm. The shape descriptor is coded in the field of Locality-constrained Linear Coding to optimize the meaningful features from a high degree of freedom. It is connected to Support Vector Machines (SVM) for efficient classification. The experimental results show that our proposed approach is very efficient to classify the leaves which have similar color, and shape.
Satellite data play a major role in supporting knowledge about forest fire by delivering rapid information to map areas damaged. This study, we used 7 Sentinel-2A images to detect change area in forests of Sokcho on April 4, 2019. The process of classify forest fire severity used 7 levels from Sentinel-2A dNBR(differenced Normalized Burn Ratio). In the process of classifying forest fire damage areas, the study selected three areas with high regrowth of vegetation level and conducted a detailed spatial analysis of the areas concerned. The results of dNBR analysis, regrowth of coniferous forest was greater than broad-leaf forest, but NDVI showed the lowest level of vegetation. This is the error of dNBR classification of dNBR. The results of dNBR time series, an area of forest fire damage decreased to a large extent between April 20th and May 3rd. This is an example of the regrowth by developing rare-plants and recovering broad-leaf plants vegetation. The results showed that change area was detected through the change detection of danage area by forest category and the classification errors of the coniferous forest were reached through the comparison of NDVI and dNBR. Therefore, the need to improve the precision Korean forest fire damage rating table accompanied by field investigations was suggested during the image classification process through dNBR.
International Journal of Computer Science & Network Security
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v.21
no.9
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pp.51-62
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2021
Plant disease is one of the issues that can create losses in the production and economy of the agricultural sector. Early detection of this disease for finding solutions and treatments is still a challenge in the sustainable agriculture field. Currently, image processing techniques and machine learning methods have been applied to detect plant diseases successfully. However, the effectiveness of these methods still needs to be improved, especially in multiclass plant diseases classification. In this paper, a convolutional neural network with a batch normalization-based deep learning approach for classifying plant diseases is used to develop an automatic diagnostic assistance system for leaf diseases. The significance of using deep learning technology is to make the system be end-to-end, automatic, accurate, less expensive, and more convenient to detect plant diseases from their leaves. For evaluating the proposed model, an experiment is conducted on a public dataset contains 20654 images with 15 plant diseases. The experimental validation results on 20% of the dataset showed that the model is able to classify the 15 plant diseases labels with 96.4% testing accuracy and 0.168 testing loss. These results confirmed the applicability and effectiveness of the proposed model for the plant disease detection task.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.22
no.5
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pp.7-14
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2021
Tomato crops are highly affected by tomato diseases, and if not prevented, a disease can cause severe losses for the agricultural economy. Therefore, there is a need for a system that quickly and accurately diagnoses various tomato diseases. In this paper, we propose a system that classifies nine diseases as well as healthy tomato plants by applying various pretrained deep learning-based CNN models trained on an ImageNet dataset. The tomato leaf image dataset obtained from PlantVillage is provided as input to ResNet, Xception, and DenseNet, which have deep learning-based CNN architectures. The proposed models were constructed by adding a top-level classifier to the basic CNN model, and they were trained by applying a 5-fold cross-validation strategy. All three of the proposed models were trained in two stages: transfer learning (which freezes the layers of the basic CNN model and then trains only the top-level classifiers), and fine-tuned learning (which sets the learning rate to a very small number and trains after unfreezing basic CNN layers). SGD, RMSprop, and Adam were applied as optimization algorithms. The experimental results show that the DenseNet CNN model to which the RMSprop algorithm was applied output the best results, with 98.63% accuracy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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