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发布日期:2024-11-08 10:49    点击次数:90

台湾佬中文网 棉花植物的着花形态对被子植物基因所产生的影响

植物着花是植物孕育经过中最焦躁的经过之一台湾佬中文网,它反馈了从养分孕育到生殖孕育的窜改,并影响作物产量和对各式环境的顺应性,因此,着花形态的特征不仅有助于究诘对被子植物遗传和生理学的归并,而且还有可能有助于培育新品种,以竣事最好产量和环境顺应性。

而高通量植物表型(HTP)的逾越和深度学习的碎裂,在田间快速表征植物的着花形态成为可能,在一些究诘标明中,使用深度卷积神经鸠合(CNN)和元模子

尽管这些究诘取得了相对较高的计数准确性(R2>0.92),它们主要用于产量估算的“一次性”测量,着花表征的一大挑战是,在好多植物中,它发生在很长一段时间内,需要东说念主们通常检测和计较植物上新通达的花朵。

在深切究诘了基于深度学习的花草检测和计数责罚决策中,以用于小麦,玉米,高粱,水稻和棉花等检会,在检会中阐明计数战略,这些要领可分为三类:基于转头的计数、基于分类的计数和基于检测的计数。

基于转头的计数是一种单阶段战略,它使用 CNN 索求特征,以径直转头图像中花朵/花草结构的通顺计数,基于分类的计数是一种雷同的战略,不外它将图像分类为示意破裂计数/花朵结构百分比的类。

这两种计数战略大大镌汰了锤真金不怕火复杂性和数据注视的老本,在执行中标明,它们不错提供格外好的计数精度(高达90%),可是基于转头和分类的要领可能会碰到过拟合问题,而CNN模子通常比锤真金不怕火狡计(一个数值或几个类)复杂得多。

此外,无法从转头/分类成果中取得花朵/花结构的空间信息,这终结了花分散分析和基于致动的哄骗(如作物负荷料理中的花朵疏伐)的后劲,为了责罚或缓解这些问题,最近的究诘使用了基于检测的计数战略。

基于检测的计数是一种两阶段战略,用于检测图像中的花朵/花草结构,然后计较检测次数,一项究诘呈报称,基于检测的计数不错比基于转头的计数提供更好的计数准确性和稳健性,这标明基于检测的花草孕育季节计数战略的伟大之处。

在往日两年的好多花草检测和计数究诘中,唯有三项使用开导的计数要领来监测所有这个词着花期的植物着花情况,以表征要道的着花形态,之后所有三项究诘皆标明,由于深度学习模子在花草检测和计数方面的非常性能,抽头日历算计的准确性很高(罪戾最多为2天)。

另一方面,唯有少数究诘不详监测植物着花,这重申了在很长一段时间内进行密集数据鸠合和分析以表征着花形态的挑战。

相似值得郑重的是,险些所有的究诘皆连合在具有浅易芽结构的作物上,其中花朵/花结构在植物冠层顶部酿成,这大大简化了数据鸠合以及花草检测和计数,比拟之下,棉花植物具有更复杂的芽结构,况兼不错在所有这个词植物中酿成花朵,这对棉花花的检测和计数提倡了极大的挑战。

迄今为止,唯有一项究诘呈报了一种两阶段要领,从航拍图像中检测和计数棉花地块中的花朵(白色花朵)台湾佬中文网,该要领领先使用阈值要领分割水华的候选区域,然后使用自界说CNN将候选区域分类为着花或非着花,以计较单个棉项目地中的花朵数目。

尽管两阶段要领在计较水华数目方面取得了一些顺利,但它有一个主要终结,即由于禁绝,格外一部分水华无法通过航拍图像拿获,导致对水华计数的低估相对较大,此外,这项究诘只测量了几天的着花次数,短缺在长花期内进行着花形态分析的才能。

为了克服上述终结,咱们需要在本领和农艺方面进行改关于本领方面,有必要探索使用侧视近端成像和基于CNN的物体检测来检测和计数所有这个词花期的单个花朵,关于农艺方面,培育决策需要从传统的基于地块的布局修改为单株布局(SPL),其中单个植物被视为行距为1.52 m的地块。

通常,更快的RCNN模子(FrRCNN5-厘升)不错准确检测不同光照、水华负荷和禁绝条目下的植物和新出现的水华,如果使用稳当的视角,外壳大多提供均匀亮堂的照明。

照明可能是一个问题,因为外壳莫得完全笼罩成像区域。当太阳天顶角陡峻或录像机设立为面向外壳进口时,录像机的视线(FOV)不错包括暗影和强照明。

可是,FrRCNN5-cls模子无法处理某些情况,叶片的远轴名义比近轴名义具有更高的反射率,自大出与新兴花朵相似的对比形态(比相邻区域更亮),当叶子的远轴名义裸露在相机下并被苞片包围时,即使通过东说念主类不雅察也无法大意将这些叶子与信得过的新出现的花朵辞别开来,从而产生对新兴水华的假阳性检测。

此外,由于高反射率,在强光照下出现的花朵失去了与布景和细节纹理的对比度,因此在图像中变得愈加难以识别,在这种情况下,FrRCNN5-cls模子无法准确检测到新兴的盛开物体。

总体而言,该模子(FrRCNN5-厘升)使用5类象征战略锤真金不怕火的性能(平均平均精度,mAP和每个类的平均精度,AP)比(FrRCNN3-厘升) 使用 3 类象征战略进行锤真金不怕火.尽头是罗致3类标注战略,新兴布隆检测的AP进步了5%。与3类标注比拟,5类标注战略不错更灵验地拆分外不雅相似的类。

因此,类内的相反将小于类之间的相反,从而为锤真金不怕火深度神经鸠合提供公正。举例,可能有几种类型的非泛光对象具有不同的外不雅,植物枝条和叶子之间也有一些亮堂的罅隙,这些罅隙酿成了与新兴花朵外不雅相似的区域,而还有一些其他物体。

值得郑重的是,即使使用0类象征战略,水华类的AP得分为72.5,这意味着模子不错将不联系的区域检测为水华,并导致过度检测问题。因此,通过使用高分类置信度评分,咱们但愿缓解此问题并为水华计数提供准确的检测成果。

诚然 FrRCNN5-厘升和“基于植物的计数”战略分别在新兴水华检测和计数方面弘扬出更好的性能,通过结伙使用FrRCNN识别出显着的计数失实5-厘升以及算作计数要领的“基于植物的计数”战略. 关于饱和计数,FrRCNN 的组合5-厘升模子和“基于植物的计数”战略为每天出现零到四次水华的植物(毛糙82%的病例)提供了准确的测量成果(少于一次水华)。

可是,当植物有五个或更多新着花时,饱和计数罪戾昭彰加多(毛糙18%的情况),以平均而言,开导的计数要领也达到了每株植物,每天6次着花,因此,当植物达到着花岑岭期(每天高出10次出现花朵)时,饱和计数罪戾径每株植物每天高出4次着花,格外于约50%的相对计数罪戾。

这主若是因为发达的计数要领中的假定,即来自特定视角的单个图像,将在一天内拿获植物上大多数(以致所有)新兴的花朵,因此计数要领不错从单个植物的四张图像中的一个中取得最大着花数。

这种假定在着花阶段通常修复,那时植物每天有极少的新兴着花,因此计数要领为大多数植物提供了准确的计数,可是,在植物每天有大批新花的着花岑岭期,这一假定是无效的。

此外,新兴水华分散在植物冠层周围,因此从任何视角拍摄的单个图像皆不及以捕捉植物上的所有水华,从而导致对饱和水华数目的严重低估。

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着花特质

使用着花时间每株植物每天出现的着花次数来推导出单个植物的着花弧线. 着花弧线界说为孕育时间内通达花朵的积攒百分比(以DAP为单元),使用公式1计较个别日子通达花朵的积攒百分比。

在着花弧线上界说了三个要道点,包括细目第一次着花时的初次着花日历(FBD)、至少5%的新兴着花发生在植物上的着花开动日历(FSD)和至少95%的新兴着花发生在植物上的着花收尾日历(FED)。

从三个临界点推导出三个着花特征。FBD和FSD径直用作着花特质,而FSD和FED用于计昭彰花抓续时间(FD),这关于好多与改善环境顺应性联系的哄骗相等焦躁。

论断

大地迁移系统(GPhenoVision)被修改为多视图彩色成像模块,以一次从四个视角获取植物的图像,在毛糙116个月内,来自23个基因型的2株植物共成像,平均扫描远离为 2-3 天,产生包含8666张图像的数据集。

转头分析标明,深花法不错准确(R2= 0.88和RMSE = 0.79)检测和计数棉花植株上新出现的水华,统计分析标明,成像养殖的着花特征在识别遗传类别或基因型之间的相反方面与东说念主工评估具有相似的灵验性。

因此,所开导的要领不错成为表征具有复杂冠层结构的着花植物(如棉花)着花形态的灵验器具

参考文件台湾佬中文网



  
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