論文の概要: Precision Cotton Disease Management: Leveraging UAV Imagery and Custom YOLO Deep Learning Framework for Enhanced Detection
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.24182v1
- Date: Fri, 16 Oct 2026 19:58:11 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-10-26 10:22:50.718613
- Title: Precision Cotton Disease Management: Leveraging UAV Imagery and Custom YOLO Deep Learning Framework for Enhanced Detection
- Title(参考訳): 精度コットン病管理:UAV画像とカスタムYOLOディープラーニングフレームワークの応用
- Abstract要約: 綿の収量損失は、依然としてウイルス、細菌、真菌の病気によるもので、手動のフィールド・スカウトまで検出されていない。
既存のモデルは、低い初期精度、低い転送性、高い計算コストに悩まされている。
我々は,3つの軽量アーキテクチャ革新を相乗化するための,完全な畳み込み単一ステージ検出器であるCotton-Visionを提案する。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 0.07902237823647139
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Cotton sustains the textile economies of over 80 countries with an annual yield of 113 million bales, yet 30-60% of yield losses are still attributed to viral, bacterial, and fungal diseases that remain undetected until manual field scouting. To address this critical issue, the integration of Unmanned Aerial Vehicle (UAV) imagery with deep learning offers a scalable early-warning system; however, existing models suffer from low early-stage accuracy, poor transferability, and high computational cost. In this paper, we propose Cotton-Vision, a fully convolutional single-stage detector that synergizes three lightweight architectural innovations: Ghost Bottleneck modules for a 20% parameter reduction, Efficient Channel Attention (ECA) for adaptive feature recalibration, and Cross-Stage Partial (CSP) fusion for enriched gradient flow. The network is trained on a novel dataset collected across seven cotton fields in the Punjab province of Pakistan, comprising over 2,700 high-resolution drone images. Extensive data augmentation (rotation, shear, exposure, and saturation) expands the dataset to 11,704 training samples. On a held-out test set, Cotton-Vision achieves a precision of 97.7%, a recall of 77.7%, an mAP@50 of 85.6%, and an mAP@50-95 of 76.6%. These results represent a 10-20% improvement in precision, recall, and mAP over state-of-the-art baselines, including YOLOv5, YOLOv8, YOLOv11, YOLOv12, RT-DETR, and RF-DETR. Through a comprehensive ablation study, we demonstrate that each proposed architectural enhancement contributes to the model's superior performance, yielding a 12-16% mAP improvement over the baseline architecture. Our findings confirm that this synergy of lightweight and attention-based modules provides a robust, computationally viable solution for early cotton disease detection.
- Abstract(参考訳): コットンは80か国以上の繊維経済を維持しており、年間収量は1億1300万バレルであるが、収穫損失の30-60%は依然としてウイルス、細菌、真菌病によるもので、手動のフィールド・スカウトまで検出されていない。
この重要な問題に対処するために、無人航空機(UAV)画像とディープラーニングの統合は、スケーラブルな早期警戒システムを提供するが、既存のモデルは、低い早期精度、低い転送性、高い計算コストに悩まされている。
本稿では,コットン・ヴィジョン(Cotton-Vision)を提案する。これは,20%のパラメータ削減のためのゴーストボトルネックモジュール,適応的特徴補正のための効率的なチャネルアテンション(ECA),リッチ勾配流のためのクロスステージ部分(CSP)融合という,3つの軽量アーキテクチャ革新を相乗化する,完全な畳み込み単一ステージ検出器である。
このネットワークは、パキスタンのパンジャブ州にある7つの綿花畑にまたがる新しいデータセットに基づいて訓練されている。
大規模なデータ拡張(回転、せん断、露出、飽和)は、データセットを11,704のトレーニングサンプルに拡張する。
ホールドアウトテストセットでは、Cotton-Visionは97.7%の精度、77.7%のリコール、85.6%のmAP@50、76.6%のmAP@50-95を達成している。
これらの結果は, YOLOv5, YOLOv8, YOLOv11, YOLOv12, RT-DETR, RF-DETRなどの最先端ベースラインに対する精度, リコール, mAPの10~20%の改善を示す。
包括的アブレーション研究により、提案したアーキテクチャ拡張がモデルの性能向上に寄与し、ベースラインアーキテクチャよりも12-16%のmAP改善をもたらすことを示した。
本研究は, この軽量・注目型モジュールの相乗効果が, 早期綿病検出のための堅牢で計算可能なソリューションであることを確認した。
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