Plant Phenomics | 基于多年份、多評級的新型RGB 圖像數(shù)據(jù)集進行高效無損赤霉病（FHB）估計

小麥赤霉病 (Fusarium head blight, FHB) 是最常見的小麥病害之一，F(xiàn)HB除了造成大量減產(chǎn)和降低烘焙質(zhì)量外，還是谷物中真菌毒素的主要來源，生物化學(xué)方法可用于檢測FHB產(chǎn)生的真菌毒素。基于田間的FHB嚴(yán)重程度評分依賴于對小麥穗上的疾病發(fā)病率和嚴(yán)重程度的視覺評估以及取決于育種者的感知和經(jīng)驗�；�于傳感器的FHB高通量表型可以促進評分過程，有效的FHB表型對加速抗性育種至關(guān)重要，但目前使用的方法既耗時又昂貴。
 

2023年7月，Plant Phenomics在線發(fā)表了AImotion Bavaria, Technische Hochschule Ingolstadt等單位題為Efficient Noninvasive FHB Estimation using RGB Images from a Novel Multiyear, Multirater Dataset 的研究論文。
 

本文提出了一種使用紅綠藍 (RGB) 圖像來估計 FHB 嚴(yán)重程度的無損分類模型，無需進行大量預(yù)處理。該模型接受從消費級、低成本 RGB 相機拍攝的圖像，并將 FHB 嚴(yán)重性分為6 個順序級別。此外，我們還引入了一個新的數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集由來自3個不同年份(2020年、2021年和2022年)的約3000幅圖像組成，并由獨立評分者對每張圖像進行了2次FHB嚴(yán)重程度評估。試驗基于EfficientNet (size b0)網(wǎng)絡(luò)進行模型訓(xùn)練，結(jié)果表明，評估者間的可靠性（Cohen’s kappa，κ）遠(yuǎn)低于網(wǎng)絡(luò)對單個評估者所取得的結(jié)果。此外，當(dāng)使用多年的數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練并對獨立年份的數(shù)據(jù)進行測試時，該模型顯示出良好的泛化效果。
 

本研究提出的輕量級模型和方法可以部署在移動設(shè)備上，根據(jù)低成本RGB相機的圖像自動客觀地評估FHB嚴(yán)重程度。源代碼和數(shù)據(jù)集可從https://github.com/cvims/FHB_classification獲得。
 

圖1從左到右，F(xiàn)HB嚴(yán)重程度增加的數(shù)據(jù)集示例

圖2 EfficientNet-b0 網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練過程的數(shù)據(jù)管道以及將驗證和測試數(shù)據(jù)應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

圖3 τ₁ vs τ₂（A）和 τ₁ vs Nτ₁(B)的混淆矩陣，都來自于數(shù)據(jù)D20。y軸為τ₁。

論文鏈接：

https://spj.science.org/doi/10.34133/plantphenomics.0068

源代碼和數(shù)據(jù)集：
https://github.com/cvims/FHB_classification

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About Plant Phenomics

《植物表型組學(xué)》（Plant Phenomics）是由南京農(nóng)業(yè)大學(xué)和美國科學(xué)促進會（AAAS）合作創(chuàng)辦的英文學(xué)術(shù)期刊，于2019年1月正式上線發(fā)行。采用開放獲取形式，刊載植物表型組學(xué)交叉學(xué)科熱點領(lǐng)域具有突破性科研進展的原創(chuàng)性研究論文、綜述、數(shù)據(jù)集和觀點。具體范圍涵蓋高通量表型分析的最新技術(shù)，基于圖像分析和機器學(xué)習(xí)的表型分析研究，提取表型信息的新算法，作物栽培、植物育種和農(nóng)業(yè)實踐中的表型組學(xué)新應(yīng)用，與植物表型相結(jié)合的分子生物學(xué)、植物生理學(xué)、統(tǒng)計學(xué)、作物模型和其他組學(xué)研究，表型組學(xué)相關(guān)的植物生物學(xué)等。期刊已被DOAJ、Scopus、PMC、EI和SCIE等數(shù)據(jù)庫收錄�？祁Ｎò睯CR2022影響因子為6.5，位于農(nóng)藝學(xué)、植物科學(xué)、遙感一區(qū)。中科院農(nóng)藝學(xué)、植物科學(xué)一區(qū)，遙感二區(qū)，生物大類一區(qū)（TOP期刊）。2020年入選中國科技期刊卓越行動計劃高起點新刊項目。

說明：本文由《植物表型組學(xué)》編輯部負(fù)責(zé)組稿。
中文內(nèi)容僅供參考，一切內(nèi)容以英文原版為準(zhǔn)。
排版：趙倩瑩（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)）
審核：孔敏、王平