YOLO11-based deep learning and machine vision framework for automated detection and counting of Rhopalosiphum padi (Hemiptera: Aphididae)

人工智能 稳健性(进化) 深度学习 帕迪禾谷螟 计算机视觉 计算机科学 人工神经网络 棱锥(几何) 生物 平均绝对误差 增采样 机器视觉 支持向量机 均方误差 目标检测 模式识别(心理学) 机器学习 图像处理 像素 有害生物分析 随机森林 菜青虫
作者
Weibo Qin,Cheng Qian,Aiman Hamid,Sohail Abbas,Chunguang Bi,Cong Zhang,Jianye Zhao,Naveed Abbas,Jamin Ali,Lei Wang,Yaoyao Wang,Helong Yu,Rizhao Chen
出处
期刊:Journal of Economic Entomology [Oxford University Press]
标识
DOI:10.1093/jee/toag048
摘要

The bird cherry-oat aphid, Rhopalosiphum padi (Linnaeus; Hemiptera: Aphididae), is a major cereal pest and a vector within the barley yellow dwarf virus complex. Manual scouting is labor-intensive and can be inconsistent, motivating rapid, image-based monitoring. We developed R. padi Count, an optimized deep learning framework built on Ultralytics YOLO11 for automated detection and image-level counting of R. padi in cluttered imagery. Starting from a YOLO11n baseline, we integrated an ADown downsampling module, Triplet Attention, and a Focusing Diffusion Pyramid Network module to improve small-object discrimination while limiting computational overhead. The model was trained and evaluated on smartphone images acquired under semi-controlled greenhouse conditions that captured variable backgrounds and occlusion. Relative to evaluated YOLO baselines, R. padi Count improved detection accuracy and reduced counting error, achieving a mean average precision at an IoU threshold of 0.50 (mAP50) of 92.97%, with an image-level mean absolute error of 1.86 aphids per image and a root mean squared error of 3.50 aphids per image. These results support the feasibility of practical, image-based aphid monitoring in the studied setting and provide a foundation for future evaluations of cross-scenario robustness and on-device performance in deployment contexts.
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