تصنيف أوراق النباتات الطبية باستخدام التعلم العميق ومحولات الرؤية

المؤلفون

  • شهريار حسين لحاسب، جامعة جورج ميسون، فيرتاكس، الولايات المتحدة الأمريكية.
  • رضبان الحسن م علوم الحاسب، جامعة جورج ميسون، فيرتاكس، الولايات المتحدة الأمريكية.
  • جيا الدين اصطناعي والبيانات الضخمة، كلية إنديكوت، جامعة ووسونغ، دايجون، كوريا الجنوبية. https://orcid.org/0000-0002-3403-4095

DOI:

https://doi.org/10.21123/bsj.2024.10844

الكلمات المفتاحية:

الشبكة العصبية التلافيفية، التعلم العميق، التمويه الضبابي، تقليل تشويش الصورة، نقل التعلم، محول الرؤية، عتبة المويجات، VGG16، CCT، ConvMixer، CNN-ViT.

الملخص

يعد تحديد أوراق النباتات الطبية أمرًا بالغ الأهمية نظرًا لأن زراعتها وإنتاجها ضروريان لصناعة الأدوية. تبدو العديد من فئات الأوراق الطبية المختلفة متطابقة ولكنها تخدم أغراضًا مختلفة في صناعة الأدوية ولها علاجات مختلفة لأمراض مختلفة. ومن ثم، لا بد من استخدام أساليب آلية وأسرع وتنتج دقة جيدة. لقد تم تدريب النماذج المتطورة لتمييز الفروق الدقيقة بين الأنواع المختلفة من الأوراق، وهو ما يمثل عددًا لا يحصى من العوامل مثل نسيج الورقة، وشكلها، وتغيرات الألوان، والتي غالبًا ما تكون غير محسوسة بالعين البشرية. في هذا البحث، قمنا بتنفيذ نموذج VGG16 القائم على التعلم النقلي (TL) ونماذج محولات الرؤية (ViT) مثل ConvMixer وCCT لتصنيف صور الأوراق الطبية باستخدام مجموعة بيانات مكونة من 38066 صورة للأوراق تحتوي على 10 فئات مختلفة. نقترح نموذجًا مخصصًا للشبكة العصبية التلافيفية (CNN) ونموذج CNN-ViT المختلط، حيث يحتوي كلاهما على عدد منخفض جدًا من المعلمات مقارنة بالنماذج الأخرى بالمقارنة مما يجعلها خفيفة وقادرة على أن تكون أقل تكلفة من الناحية الحسابية. قمنا بمقارنة معلماتها وأدائها مع النماذج المذكورة أعلاه بعد تدريب كل نموذج لمدة 30 حقبة. تنتج VGG16 وCCT وConvMixer درجات AUC تبلغ 0.50 و0.79 و0.50 على التوالي لمجموعة البيانات بينما يمنح نموذج CNN والنموذج الهجين المقترح درجات AUC تبلغ 0.83 و0.74 على التوالي. علاوة على ذلك، فإننا نقدم خوارزمية تقليل الضوضاء الهجينة التي تدمج عتبة المويجات والتمويه الغاوسي لتقليل الضوضاء في الصور والحفاظ في نفس الوقت على الجودة الأصلية للصورة.

المراجع

Hassoon IM, Qassir SA, Riyadh M. PDCNN: FRAMEWORK for Potato Diseases Classification Based on Feed Foreword Neural Network. Baghdad Sci J. 2021; 18(2 (Suppl.)): 1012-1012. https://doi.org/10.21123/bsj.2023.9120.

Krizhevsky A, Sutskever I, Hinton GE. ImageNet classification with deep convolutional neural networks. Commun ACM. 2017 May 24; 60(6): 84-90. https://doi.org/10.1145/3065386.

Jassim OA, Abed MJ, Saied ZH. Indoor/Outdoor Deep Learning Based Image Classification for Object Recognition Applications. Baghdad Sci J. 2023; 20(6 (Suppl.)): 2540-2540. https://doi.org/10.21123/bsj.2023.8177

Abdullah TH, Alizadeh F, Abdullah BH. COVID-19 Diagnosis System using SimpNet Deep Model. Baghdad Sci J. 2022; 19: 1078-1089. https://doi.org/10.21123/bsj.2022.6074

Dosovitskiy A, Beyer L, Kolesnikov A, Weissenborn D, Zhai X, Unterthiner T, et al. An image is worth 16x16 words: Transformers for image recognition at scale. arXiv preprint. 2020 Oct 22; 1-22. https://doi.org/10.48550/arXiv.2010.11929.

Ariful Hassan M, Sydul Islam M, Mehedi Hasan M, Shorif SB, Tarek Habib M, Uddin MS. Medicinal plant recognition from leaf images using deep learning. In Computer Vision and Machine Learning in Agriculture. Singapore: Springer Singapore. 2022 Mar 14; 137-154. https://doi.org/10.1007/978-981-16-9991-7_9.

Chanyal H, Yadav RK, Saini DK. Classification of medicinal plants leaves using deep learning technique: A review. Int J Int Sys App Eng. 2022 Dec 16; 10(4): 78-87. https://orcid.org/0000-0001-9678-0125

Naeem S, Ali A, Chesneau C, Tahir MH, Jamal F, Sherwani RA, Ul Hassan M. The classification of medicinal plant leaves based on multispectral and texture feature using machine learning approach. J Agron. 2021 Jan 30; 11(2): 1-15. https://doi.org/10.3390/agronomy11020263.

Kaur M, Bhatia R. Development of an improved tomato leaf disease detection and classification method. In IEEE Conference on Information and Communication Technology 2019; Dec 6: 1-5. IEEE. https://doi.org/10.1109/CICT48419.2019.9066230.

Rani L, Devika G, Karegowda AG, Vidya S, Bhat S. Identification of medicinal leaves using state of art deep learning techniques. In IEEE International Conference on Distributed Computing and Electrical Circuits and Electronics (ICDCECE). 2022; Apr 23: 1-5. IEEE. https://doi.org/10.1109/ICDCECE53908.2022.9792712

Ahmed MR, Fahim MA, Islam AM, Islam S, Shatabda S. DOLG-NeXt: Convolutional neural network with deep orthogonal fusion of local and global features for biomedical image segmentation. J Neurocom. 2023 Aug 14; 546: 126362. https://doi.org/10.1016/j.neucom.2023.126362.

Islam S, Ahmed MR, Islam S, Rishad MM, Ahmed S, Utshow TR, Siam MI. BDMediLeaves: A leaf images dataset for Bangladeshi medicinal plants identification. J Data Brief. 2023 Oct 1; 50: 109488. https://doi.org/10.1016/j.dib.2023.109488.

Chithra K, Santhanam T. Hybrid denoising technique for suppressing Gaussian noise in medical images. IEEE Int Conf PCSI 2017; Sep 21: 1460-1463. IEEE. https://doi.org/10.1109/ICPCSI.2017.8391954.

Al Jumah A. Denoising of an image using discrete stationary wavelet transform and various thresholding techniques. JSIP 2013; 4: 33–41. https://doi.org/10.4236/jsip.2013.41004.

Devi TG, Patil N, Rai S, Philipose CS. Gaussian blurring technique for detecting and classifying acute lymphoblastic leukemia cancer cells from microscopic biopsy images. J Life. 2023 Jan 28; 13(2): 1-12 https://doi.org/10.3390/life13020348.

Hassani A, Walton S, Shah N, Abuduweili A, Li J, Shi H. Escaping the big data paradigm with compact transformers. arXiv preprint arXiv:2104.05704. 2021 Apr 12; 1-18 https://doi.org/10.48550/arXiv.2104.05704.

Trockman A, Kolter JZ. Patches are all you need?. arXiv preprint arXiv. 2022 Jan 24; 1-16. https://doi.org/10.48550/arXiv.2201.09792

Simonyan K, Zisserman A. Very deep convolutional networks for large-scale image recognition. arXiv preprint arXiv. 2014; 1409:1556, 1-14. https://doi.org/10.48550/arXiv.1409.1556.

التنزيلات

إصدار

القسم

article

كيفية الاقتباس

1.
تصنيف أوراق النباتات الطبية باستخدام التعلم العميق ومحولات الرؤية. Baghdad Sci.J [انترنت]. [وثق 7 نوفمبر، 2024];22(5). موجود في: https://bsj.uobaghdad.edu.iq/index.php/BSJ/article/view/10844