{rfName}
An

Indexat a

Llicència i ús

Icono OpenAccess

Altmetrics

Anàlisi d'autories institucional

Altares-Lopez, SAutor o coautor

Compartir

Publicacions
>
Article

Analysis of Stable Diffusion-derived fake weeds performance for training Convolutional Neural Networks

Publicat a:Computers And Electronics In Agriculture. 214 108324- - 2023-11-01 214(), DOI: https://doi.org/10.1016/j.compag.2023.108324

Autors: Moreno, H; Gómez, A; Altares-López, S; Ribeiro, A; Andújar, D

Afiliacions

Resum

Weeds challenge crops by competing for resources and spreading diseases, impacting crop yield and quality. Effective weed detection can enhance herbicide application, thus reducing environmental and health risks. A major challenge in Site-Specific Weed Management (SSWM) is developing a reliable weed identification system, especially given the diversity and similarity between certain weeds and crops during early growth stages. Image-based deep learning (DL) methods have become vital for weed classification. However, accurate weed classification and detection using DL techniques face the bottleneck of requiring large labeled data. Furthermore, labeling this specific extensive data is a time-consuming and tedious task apart from necessitating weed science experts. This research's central focus is to present a novel approach to weed detection using convolutional neural network (CNN) classifiers, specifically Yolov8l and RetinaNet, augmented with Stable Diffusion data i.e., artificial weed images. Stable Diffusion enhanced the training data, increasing the classifiers' adaptability. The study targeted specific weeds (Solanum nigrum L.; Portulaca oleracea L.; Setaria Verticillata L.) found in tomato crops, using a limited number of real images (30 samples) to produce artificial training images for the CNNs. All validation and test sets are comprised of real weed images. Results showed high performance when using only artificial images in terms of Mean Average Precision (mAP). In isolated conditions (0.91 mAP), i.e., only one weed species per image, an average performance gain of about 3% in all tests is obtained. When adding the artificial images to the real ones (mixed dataset), a mAP of 0.99 is obtained. In contrast, results using only artificial images obtained 0.81 mAP when detecting more than a single weed species. However, when implementing the trained CNNs with a mixed dataset, a 6% -9% performance gain was achieved in all cases. A mAP of up to 0.93 was achieved in the most challenging conditions where weed species could overlap. The results indicate that the proposed approach outperformed existing methods, such as Generative Adversarial Networks (GANs) regarding mAP. Furthermore, the Yolov8l model distinctly emerged as the most favorable option for real -time detection systems considering Frame Detection Speed (FDS). Specifically, the Yolov8l model registered an FDS of 10.2 ms, which is considerably faster when compared to the 21.2 ms that the RetinaNet model exhibited. Additionally, the method is versatile and applicable to various crops and weed species, thereby enhancing automated weed management systems. This research illustrates that Stable Diffusion can efficiently expand small image sets, significantly reducing field imaging. The study offers valuable insights for future SSWM efforts utilizing artificially generated images for weed detection and classification.

Paraules clau

AgricultureArtificial datasetCropsDeep learningNeural networksObject detection imageRobustness-data augmentationStable diffusionVisionWeeds identification

Indicis de qualitat

Impacte bibliomètric. Anàlisi de la contribució i canal de difusió

El treball ha estat publicat a la revista Computers And Electronics In Agriculture a causa de la seva progressió i el bon impacte que ha aconseguit en els últims anys, segons l'agència WoS (JCR), s'ha convertit en una referència en el seu camp. A l'any de publicació del treball, 2023, es trobava a la posició 2/89, aconseguint així situar-se com a revista Q1 (Primer Cuartil), en la categoria Agriculture, Multidisciplinary. Destacable, igualment, el fet que la revista està posicionada per sobre del Percentil 90.

Des d'una perspectiva relativa, i tenint en compte l'indicador de impacte normalitzat calculat a partir de les Citacions Mundials proporcionades per WoS (ESI, Clarivate), proporciona un valor per a la normalització de citacions relatives a la taxa de citació esperada de: 4.57. Això indica que, comparat amb treballs en la mateixa disciplina i en el mateix any de publicació, el situa com un treball citat per sobre de la mitjana. (font consultada: ESI 14 Nov 2024)

Aquesta informació es reforça amb altres indicadors del mateix tipus, que encara que dinàmics en el temps i dependents del conjunt de citacions mitjanes mundials en el moment del seu càlcul, coincideixen a posicionar en algun moment el treball, entre el 50% més citats dins de la seva temàtica:

  • Mitjana Ponderada de l'Impacte Normalitzat de l'agència Scopus: 5.19 (font consultada: FECYT Febr 2024)

Concretament, i atenent a les diferents agències d'indexació, aquest treball ha acumulat, fins a la data 2025-06-08, el següent nombre de cites:

  • WoS: 21
  • Scopus: 27

Impacte i visibilitat social

Des de la dimensió d'influència o adopció social, i prenent com a base les mètriques associades a les mencions i interaccions proporcionades per agències especialitzades en el càlcul de les denominades "Mètriques Alternatives o Socials", podem destacar a data 2025-06-08:

  • L'ús d'aquesta aportació en marcadors, bifurcacions de codi, afegits a llistes de favorits per a una lectura recurrent, així com visualitzacions generals, indica que algú està fent servir la publicació com a base del seu treball actual. Això pot ser un indicador destacat de futures cites més formals i acadèmiques. Aquesta afirmació està avalada pel resultat de l'indicador "Capture", que aporta un total de: 61 (PlumX).

Amb una intenció més de divulgació i orientada a audiències més generals, podem observar altres puntuacions més globals com:

    És fonamental presentar evidències que recolzin l'alineació plena amb els principis i directrius institucionals sobre Ciència Oberta i la Conservació i Difusió del Patrimoni Intel·lectual. Un clar exemple d'això és:

    • El treball s'ha enviat a una revista la política editorial de la qual permet la publicació en obert Open Access.