Application of Siamese neural networks to classify plant biomass by visual state

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

This paper proposes a method for classifying plant biomass by visual condition using images captured in a specially designed greenhouse and Siamese architecture artificial neural network technologies. Criteria for various states of plant biomass have been determined. We have generated our own dataset for training Siamese neural networks, containing samples of biomass states in the form of textures. As a result, a training accuracy of 91.6% and an average classification accuracy of individual biomass states of 73.6%.

About the authors

Alexander Vladimirovich Smirnov

Ailamazyan Program Systems Institute of RAS

Email: asmirnov_1991@mail.ru
Junior researcher, Laboratory of Image Processing and Analysis Methods, A.K. Ailamazyan Program Systems Institute of RAS. Research interests: computer vision; neural networks; robotics; automation and control

Igor Petrovich Tishchenko

Ailamazyan Program Systems Institute of RAS

Email: igor.p.tishchenko@gmail.com
Candidate of Technical Sciences, Head of the Laboratory of Image Processing and Analysis Methods, A.K. Ailamazyan Institute of Software Systems of the Russian Academy of Sciences. Research interests: computer vision; neural networks; robotics; automation and control

References

  1. Gall G. E. C., Pereira T. D., Jordan A., Meroz Y.. “Fast estimation of plant growth dynamics using deep neural networks”, Plant Methods, 2022, no.1.
  2. Taewon M., Woo-Joo C., Se-Hun J., Da-Seul C., Myung-Min O.. “Growth Analysis of Plant Factory-Grown Lettuce by Deep Neural Networks Based on Automated Feature Extraction”, Horticulturae, 2022, no.12.
  3. Savitha P., Mungamuri S.. “Accurate plant species analysis for plant classification using convolutional neural network architecture”, International Journal of Reconfigurable and Embedded Systems (IJRES), 2024, no.1, pp. 160–170.
  4. Quoc T. N., Hoang V. T.. “VNPlant-200 – A Public and Large-Scale of Vietnamese Medicinal Plant Images Dataset”, Integrated Science in Digital Age 2020, 2020, pp. 406–411.
  5. Joseph D. S., Pawar P. M., Pramanik R.. “Intelligent plant disease diagnosis using convolutional neural network: a review”, Multimedia Tools and Applications, 2023, no.14.
  6. Khanna M., Singh L. K., Thawkar S., Goyal M.. “PlaNet: a robust deep convolutional neural network model for plant leaves disease recognition”, Multimedia Tools and Applications, 2024, no.2.
  7. Faisal M., Leu J. S., Avian C., Prakosa S. W., Köppen M.. “DFNet: Dense fusion convolution neural network for plant leaf disease classification”, Agronomy Journal, 2024, no.3, pp. 826–838.
  8. Åström O., Hedlund H., Sopasakis A.. “Machine-Learning Approach to Non-Destructive Biomass and Relative Growth Rate Estimation in Aeroponic Cultivation”, Agriculture, 2023, no.13.
  9. Wang B., Wang D.. “Plant Leaves Classification: A Few-Shot Learning Method Based on Siamese Network”, IEEE Access, 2019, no.7, pp. 151754–151763.
  10. Figueroa-Mata G., Mata-Montero E.. “Using a Convolutional Siamese Network for Image-Based Plant Species Identification with Small Datasets”, Biomimetics, 2020, no.5.
  11. Goncharov P., Uzhinskiy A., Ososkov G., Nechaevskiy A., Zudikhina J.. “Deep Siamese Networks for Plant Disease Detection”, Mathematical Modeling and Computational Physics 2019 (MMCP 2019), 2020, no.226.
  12. Sherly K. K., Sonia A.. “Hybrid CNN Models for Plant Species Recognition and Disease Detection”, Intelligent Computing, 2024, pp. 35–50.
  13. Du J., Fu W., Zhang Y., Wang Z.. “Advancements in Image Recognition: A Siamese Network Approach”, Information Dynamics and Applications, 2024, no.2, pp. 89–103.
  14. Bromley J., Guyon I., LeCun Y., Säckinger E., Shah R.. “Signature verification using a ‘Siamese’ time delay neural network”, In Proceedings of the 6th International Conference on Neural Information Processing Systems (NIPS'93), 1993, pp. 737–744.
  15. Смирнов А. В., Иванов Е. С.. «Анализ изображений растения, полученных с камеры системы автоматизированного ухода, для визуальной оценки изменения его состояния с течением времени», Программные системы: теория и приложения, 2023, №3, с. 37–58.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».