A Novel YOLO-Like Multi-Branch Architecture for Accurate Apple Detection and Segmentation Under Orchard Constraints

2025

Толық мәтін Ашық қол жеткізу: Gold Метадеректер (CSL-JSON)
DOI 10.14569/ijacsa.2025.0161130
Деректер сенімділігі 70 орташа
Бұл баға қалай есептеледі

Ол жазбаның өзінің тексерілетін белгілерінен құралады: мақаланың DOI-і бар ма, оның деректерін қанша тәуелсіз дереккөз растады, міндетті өрістер толтырылған ба және соңғы растау қаншалықты жаңа. Дереккөздер арасындағы алшақтық пен идентификатордың болмауы бағаны төмендетеді. 80-нен бастап мән жазбаның қосымша тексерусіз жарияланғанын, 60-тан 79-ға дейін — оның сенімділігі төмен күйде жарияланғанын және қолмен тексеру ұсынылатынын білдіреді. Редактор қолмен тексерген жазбаны қайта есептеу 90-нан төмен түсірмейді. Бұл — мақаланың өзіне емес, ол туралы деректерімізге берілген баға.

Аңдатпа

This study introduces a novel YOLO-like multi-branch deep learning architecture designed for accurate apple detection and segmentation in orchard environments, addressing the persistent challenges of occlusion, illumination variability, and fruit clustering. The proposed model integrates an enhanced backbone with C2f modules and a Spatial Pyramid Pooling Fast (SPPF) block to capture multi-scale receptive fields, while a Feature Pyramid Network (FPN) combined with a Path Aggregation Network (PAN) ensures effective top-down and bottom-up feature fusion. To extend beyond bounding box localization, a prototype-based segmentation head is incorporated, enabling precise instance mask generation with reduced computational overhead. The model was comprehensively evaluated on the MinneApple dataset, consisting of high-resolution orchard images with polygonal annotations, and compared against state-of-the-art detection and segmentation frameworks, including Faster R-CNN, Mask R-CNN, SSD, YOLO variants, YOLACT, and SOLOv2. Quantitative results demonstrated that the proposed approach achieved superior mean Average Precision (mAP@0.5 = 0.76), precision (0.83), and F1-score (0.76), while maintaining a competitive inference speed of 40 FPS, confirming its suitability for real-time agricultural applications. Qualitative analysis further highlighted robustness in complex orchard conditions, reinforcing the model’s applicability for automated harvesting, yield estimation, and orchard monitoring. These findings advance the state of agricultural computer vision by unifying detection and segmentation in a lightweight, high-performance framework.