작물의 병충해 분류를 위한 이미지 활용 방법 연구

Study on Image Use for Plant Disease Classification

서로 다른 특징을 가지는 이미지를 통합하여 작물의 병충해 분류를 위한 심층신경망을 훈련하는 것이 학습결과에 어떤 영향을 미치는지 확인하고, 심층신경망의 학습 결과를 개선할 수 있는 이미지 통합방법에 대해 실험하였다. 실험을 위해 두 종류의 작물 이미지 공개 데이터가 사용되었다. 하나는 인도의 실제 농장 환경에서 촬영된 작물 이미지이고 다른 하나는 한국의 실험실 환경에서 촬영한 작물 이미지였다. 작물 잎 이미지는 정상인 경우와 4종류의 병충해를 포함하여 5개의 하위 범주로 구성되었다. 심층신경망은 전이학습을 통해 사전 훈련된 VGG16이 특징 추출부에 사용되었고 분류기에는 다층퍼셉트론 구조를 사용하였다. 두 공개 데이터는 세 가지 방법으로 통합되어 심층신경망의 지도학습에 사용되었다. 훈련된 심층신경망은 평가 데이터를 이용해 평가되었다. 실험 결과에 따르면 심층신경망을 실험실 환경에서 촬영한 작물 이미지로 학습한 이후에 실제 농장 환경에서 촬영한 작물 이미지로 재학습하는 경우에 가장 좋은 성능을 보였다. 서로 다른 배경의 두 공공데이터를 혼용하여 사용하면 심층신경망의 학습 결과가 좋지 않았다. 심층신경망의 학습 과정에서 여러종류의 데이터를 사용하는 방법에 따라 심층신경망의 성능이 달라질 수 있음을 확인하였다.

It is worth verifying the effectiveness of data integration between data with different features. This study investigated whether the data integration affects the accuracy of deep neural network (DNN), and which integration method shows the best improvement. This study used two different public datasets. One public dataset was taken in an actual farm in India. And another was taken in a laboratory environment in Korea. Leaf images were selected from two different public datasets to have five classes which includes normal and four different types of plant diseases. DNN used pre-trained VGG16 as a feature extractor and multi-layer perceptron as a classifier. Data were integrated into three different ways to be used for the training process. DNN was trained in a supervised manner via the integrated data. The trained DNN was evaluated by using a test dataset taken in an actual farm. DNN shows the best accuracy for the test dataset when DNN was first trained by images taken in the laboratory environment and then trained by images taken in the actual farm. The results show that data integration between plant images taken in a different environment helps improve the performance of deep neural networks. And the results also confirmed that independent use of plant images taken in different environments during the training process is more effective in improving the performance of DNN.