# 7 Crop: NaN Date of Lecture: 16 de julio de 2025 Link: https://www.mdpi.com/2073-4395/13/2/463?utm_source=chatgpt.com Name: Computer Vision and Deep Learning as Tools for Leveraging Dynamic Phenological Classification in Vegetable Crops Type: Phenology ## 1. Contesto e motivazione - La **fenologia** vegetale (cronologia di eventi quali l'apertura dei cotiledoni, lo sviluppo delle foglie, la fioritura, ecc.) è fondamentale per programmare con precisione le pratiche agricole (irrigazione, diserbo, raccolta) e massimizzare i rendimenti e la qualità del prodotto. - Nelle colture orticole (verdure), la **crescita molto rapida** e le transizioni fenologiche poco marcate rendono difficile il monitoraggio tradizionale (ispezione sul campo, modelli di coltivazione, telerilevamento satellitare), che è spesso costoso, lento o poco preciso . ## 2. Obiettivo Sviluppare e valutare un **sistema automatico** basato sulla **visione artificiale (CV)** e sul **deep learning (DL)** in grado di **classificare dinamicamente** le principali fasi fenologiche di **otto colture orticole** a livello di appezzamento, utilizzando immagini RGB e in scala di grigi, dai cotiledoni al raccolto . ## 3. Dati e annotazioni - **Specie studiate (8):** rucola, carota, coriandolo, lattuga, ravanello, spinacio, bietola e rapa. - **Ubicazione:** serra in Portogallo; semina manuale in appezzamenti di 4,5 m²; irrigazione e diserbo controllati. - **Immagini:** 4 123 foto RGB (3 456×4 608 px), scattate con smartphone in diverse condizioni di luce e angolazioni. - **Fenofasi BBCH:** sono state raggruppate le fasi chiave (ad esempio, 10=cotiledoni aperti; 11–18=foglie multiple; …; 49–19=raccolta). - **Trasformazione in scala di grigi:** con metodo di luminosità (0,299 R + 0,587 G + 0,114 B), per costringere il modello ad apprendere caratteristiche morfologiche oltre al colore. - **Annotazione:** riquadri delimitati etichettati con lo strumento CVAT, esportati nei formati Pascal VOC (SSD) e YOLO . ## 4. Architetture DL valutate 1. **SSD (Single Shot Multibox Detector)** con tre “backbone”: - Inception v2 (300×300 px) - MobileNet v2 (300×300 e 640×640 px) - ResNet 50 (640×640 px) 2. **YOLO v4** (416×416 px) Questi modelli eseguono il rilevamento degli oggetti in un unico passaggio, prevedendo contemporaneamente la classe (fenofase) e il riquadro di delimitazione. ## 5. Addestramento e convalida - **Divisione del set di dati:** - *Addestramento* (≈ 70 %) - *Convalida* (≈ 20 %) - *Test* (≈ 10 %) - **Aumento dei dati** (rotazioni, ridimensionamenti, ritagli, modifiche di luminosità/contrasto) applicato all'addestramento e alla convalida per migliorare la robustezza. - **Transfer learning** basato su pesi pre-addestrati in COCO; regolazioni delle dimensioni del batch e del numero di passaggi (SSD: 50 000, YOLO: in base alle classi). - Ottimizzazione della **soglia di confidenza** (0–100 %) tramite validazione incrociata per massimizzare il **F1‑Score**. ## 6. Metriche di valutazione - **F1‑Score** (media armonica di precisione e richiamo) - **mAP** (mean average precision) - **BA** (balanced accuracy), che corregge le distorsioni nei set sbilanciati . ## 7. Risultati principali - **SSD ResNet 50** è stato il miglior SSD: - mAP ≈ 76,0 % (RGB), 73,3 % (grigio) - BA ≈ 81,4 % (RGB), 79,8 % (grigio) - **YOLO v4** ha superato tutti: - mAP ≈ 76,2 % (RGB), 83,5 % (grigio) - BA ≈ 85,2 % (RGB), 88,8 % (grigio) - Addestrando YOLO v4 con **tutte le colture e le fenofasi** (72 classi in totale): - F1 ≈ 83,0 % - mAP ≈ 76,6 % - BA ≈ 81,7 % - **Prestazioni per coltura:** - *Peggiore:* carota (mAP ≈ 53 % RGB / 38 % grigio), a causa della sua bassa copertura e della confusione con il terreno e le erbacce. - *Migliore:* spinaci (mAP ≈ 98 %), per le foglie ben definite e il netto contrasto con lo sfondo . ## 8. Discussione - **YOLO v4** offre il miglior compromesso tra **velocità** e **immagine completa** della stagione. - La **trasformazione in grigio** non ha compromesso in modo sostanziale i risultati, facilitando la generalizzazione. - La **qualità e la quantità** delle immagini (soprattutto nelle fasi fenologiche precoci come i cotiledoni) e le **somiglianze morfologiche** tra colture ed erbacce sono le sfide principali. - Questo è il **primo studio** che applica CV + DL alla fenologia degli ortaggi, aprendo la strada a sistemi di supporto decisionale automatizzati nell'orticoltura di precisione. ## 9. Conclusioni e passi futuri - Un **unico modello** (YOLO v4) può **classificare** più specie e le loro **fenofasi** tra la semina e il raccolto, con un'elevata precisione subparcellare. - **Prossime sfide**: 1. **Ampliare il dataset** (più fasi poco rappresentate e più colture). 2. **Valutare la velocità di inferenza** su piattaforme robotiche per il volo o il suolo. 3. **Testare le architetture più recenti** (ad es. YOLO v7, Faster R‑CNN) e condurre studi di ablazione per capire quali componenti apportano il maggior contributo. 4. Integrare questi dati in **modelli di coltivazione** (climatici e di rendimento) che tengano conto delle interazioni genetiche-ambientali-gestionali. Questo lavoro segna una pietra miliare nell'**automazione del monitoraggio fenologico** degli ortaggi, contribuendo a pratiche agricole più **sostenibili**, **efficienti** e **redditizie**.