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WS-YOLO: An Agronomical and Computer Vision-Based Framework to Detect Drought Stress in Lettuce Seedlings Using IR Imaging and YOLOv8
Indexado
Scopus SCOPUS_ID:85180784696
DOI 10.1007/978-3-031-48858-0_27
Año 2024
Tipo

Citas Totales

Autores Afiliación Chile

Instituciones Chile

% Participación
Internacional

Autores
Afiliación Extranjera

Instituciones
Extranjeras


Abstract



Lettuce (Lactuca sativa L.) is highly susceptible to drought and water deficits, resulting in lower crop yields, unharvested areas, reduced crop health and quality. To address this, we developed a High-Throughput Phenotyping platform using Deep Learning and infrared images to detect stress stages in lettuce seedlings, which could help to apply real-time agronomical decisions from data using variable rate irrigation systems. Accordingly, a comprehensive database comprising infrared images of lettuce grown under drought-induced stress conditions was built. In order to capture the required data, we deployed a Raspberry Pi robot to autonomously collect infrared images of lettuce seedlings during an 8-day drought stress experiment. This resulted in the generation of a database containing 2119 images through augmentation. Leveraging this data, a YOLOv8 model was trained (WS-YOLO), employing instance segmentation for accurate stress level detection. The results demonstrated the efficacy of our approach, with WS-YOLO achieving a mean Average Precision (mAP) of 93.62% and an F1 score of 89.31%. Particularly, high efficiency in early stress detection was achieved, being a critical factor for improving food security through timely interventions. Therefore, our proposed High-Throughput Phenotyping platform holds the potential for high-yield lettuce breeding, enabling early stress detection and supporting informed decision-making to mitigate losses. This interdisciplinary approach highlights the potential of AI-driven solutions in addressing pressing challenges in food production and sustainability. This work contributes to the field of precision agricultural technology, providing opportunities for further research and implementation of cutting-edge Deep Learning techniques for stress detection in crops.

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WOS
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SciELO
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Publicaciones WoS (Ediciones: ISSHP, ISTP, AHCI, SSCI, SCI), Scopus, SciELO Chile.

Colaboración Institucional



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Autores - Afiliación



Ord. Autor Género Institución - País
1 Wolter-Salas, Sebastian - Universidad Nacional Andrés Bello - Chile
2 CANESSA-AGUILA, PAULO FRANCISCO Hombre Universidad Nacional Andrés Bello - Chile
Instituto Milenio de Biología Integrativa - Chile
3 CAMPOS-VARGAS, REINALDO ISMAEL Hombre Universidad de Chile - Chile
4 OPAZO-DELGADO, MARIA CECILIA Mujer Universidad de Las Américas, Chile - Chile
5 SEPULVEDA-SEPULVEDA, ROMINA VICTORIA Mujer Universidad Nacional Andrés Bello - Chile
6 AGUAYO-VILLEGAS, DANIEL RODRIGO Hombre Universidad Nacional Andrés Bello - Chile

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Financiamiento



Fuente
Fondo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico
Fondo de Fomento al Desarrollo Científico y Tecnológico
Millennium
Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo

Muestra la fuente de financiamiento declarada en la publicación.

Agradecimientos



Agradecimiento
This research was funded by ANID BECAS/DOCTORADO NACIONAL (2023) 21231516 (S.W.S.), ANID/FONDECYT 1200260 (R.C.V.), FONDEF ID19I10160 (D.A.), Proyecto interno UDLA DI-08/22 (C.O.), ANID/Millennium Science Initiative Program ICN17_022 and ANID/FONDECYT 1190611 (P.C.).

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