I A E S  I n t e r n at io n al  Jou r n al  of  A r t if ic ia l  I n t e ll ig e n c e  ( I J - AI )   V ol .   14 , N o.   1 ,  F e bua r y   2025 , pp.  658 ~ 666   I S S N :  2252 - 8938 ,   D O I :  10.11591/ ij a i. v 14 .i 1 .pp 658 - 666          658     Jou r n al  h om e page :  ht tp : // ij ai . ia e s c or e .c om   E n h a n c e m e n t   of   Y O L O v 5  f or   au t om at i c  w e e d  d e t e c t i on   t h r ou gh  b ac k b o n e  op t i m i z at i on       M oh am m e d  H ab ib 1 , S al m a S e k h r a 1 ,  A d il  T an n ou c h e 2 ,   Y ou s s e f  O u n e j j ar 1   1 L a bor a t or y  of   S pe c t r om e t r y, M a t e r i a l s  a nd A r c ha e om a t e r i a l s   “ L A S M A R ” ,   F a c ul t y of   S c i e nc e s ,  M oul a y I s m a i l  U ni ve r s i t y ,   M e kne s ,  M or oc c o   2 L a bor a t or y of  E ngi ne e r i ng a nd A ppl i e d T e c hnol ogy “ L I T A ” , H i gh  S c hool   of   T e c hnol ogy,  U ni ve r s i t é  S ul t a n M oul a y S l i m a ne ,   B e ni  M e l l a l ,  M or oc c o       A r t ic le  I n f o     A B S T R A C T   A r ti c le  h is to r y :   R e c e iv e d   M a r   15 ,  2024   R e vi s e d  J ul   6 ,  2024   A c c e pt e d  O c t   18 ,  2024       In  the  context  of   our  research   project,  which  involves   developing  a   r obotic  system  capable  of  eliminating  weeds  using   deep  learning  techni cs,  the   selection  of  powerful  object   detection  model   is  essential.   Object  de tectors  typically  consist  of  three  components:  backbone ,  neck,  and  prediction   head.   In  this  study,  we  propose   an  enhancement  to   the   you  only   look  once  ve rsion  5   ( YOLO v5 )   network  by  using   the  most  popular   convolut ional  neural   ne tworks   ( CNN )   networks  (such  as   DarkNet   and   MobileNet)  as  back bones.   The  objective  of  this   study  is   to  identify   the  best  backbone   that  can   i mprove  YOLO v5  ' s  performance  while  preserving  its   other  layers   (neck   and   head) .   I n  terms  of  detecting  and  ultra - localizing  pea  crops.  Additionally,   we  compared  their  results  with  those  of  the  most  commonly  used  object  detectors.  Our  findings  indicate  that   the  fastest  models   among  the  ne tworks  studied  were  MobileNet,  YOLO - tiny,  and  YOLO v5 ,  with  speeds  r anging  from  5  to  14  milliseconds  per  image.   Among  these  models,  Mobil eNetv1  demonstrated  the  highest  accuracy,  achieving  average  precision   (AP)  s core  of  89.3%  for  intersectio n  over  union  (IoU)  threshold  of  0.5.  However,  the  accuracy  of  this  model  dec reased  when   we  increased  the  threshold,   sug gesting  that  it  does  not   provide  perfect   crop  delineation.   On  the   other  hand,   while   YOLO v5  had a lower AP score than MobileNe tv1 at an IoU threshold  of 0.5,  it exhibited gr eater sta bility when f aced with  variations  in this thresho ld.    K e y w o r d s :   C om put e r  vi s io n   C onvolut io na l  ne ur a l  ne twor ks   ba c kbone   D e e p l e a r ni ng   O bj e c t  de te c to r s   S m a r t  f a r m in g   W e e d de te c ti on   This is an  open  acce ss artic le unde r the  CC BY - SA   license.     C or r e s pon di n g A u th or :   M oha m m e d H a bi b   L a bor a to r y of  S pe c tr om e t r y, M a te r ia ls  a nd A r c ha e om a te r ia l s  “ L A S M A R ” , F a c ul ty  of  S c ie nc e s   M oul a y  I s m a il  U ni ve r s it y   M e kne s ,  M or oc c o   E m a il :  ha bi bm oha m e dt s e i @ gm a il .c om       1.   I N T R O D U C T I O N   W it h  th e   gr ow in g  gl oba l  popula ti on  a nd  th e   ne e d  to   p r oduc e   m or e   f ood  s us ta in a bl y,  f a r m e r s   a nd   r e s e a r c he r s   a r e   tu r ni ng  to   a dva nc e d  te c hnol ogi e s ,  in c lu di ng  m a c hi ne   le a r ni ng  to   opt im iz e   a gr ic ul tu r a l   pr oc e s s e s .  T hi s   te c hnol ogy  he lp s   s ol v e   va r io us   a gr ic ul tu r a l  is s ue s ,  s u c h  a s   w e e d  c ont r ol .  M a c hi ne   le a r ni ng   m e th ods   c a n  a id   in   th e   pr e c is e   id e nt if ic a ti on  a nd  m a na ge m e nt   of   w e e ds ,  th e r e by  r e duc in g  th e   ne e d  f or   c he m ic a l  pr odu c ts  a nd i m pr ovi ng c r op yie ld s .   I n  th is   c ont e xt ,  our   r e s e a r c h   te a m   h a s   a lr e a dy  m a d e   s ig ni f ic a nt   pr ogr e s s   in   s ol vi ng  pr obl e m s   r e la te d   to  w e e d  c ont r ol . I n t he ir  w or k,  T a nnouc he   e t  al .   [ 1]   ut il iz e d a  m e th od ba s e d on  a   s e t  of  di s c r im in a nt  c la s s if ie r s   c ons tr uc te d  us in g   H a a r - li ke   f e a tu r e s .   T he y   a c hi e v e d  a   not a bl e   m il e s to ne   by   de ve lo pi ng  a n  e f f ic ie nt   s h a pe   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J  A r ti f   I nt e ll     I S S N :   2252 - 8938       E nhanc e m e nt  of  Y O L O v 5 f or  aut om at ic  w e e d d e te c ti on t hr ough  bac k bone   …   ( M ohamm e d H abi b)   659   de s c r ip to r   s pe c if ic a ll y  d e s ig ne d   to   di s ti ngui s h   be twe e n   two  ty pe s   of   w e e d  s p e c ie s :  m onoc ot s   a nd  di c ot s   [ 2] .  B ot h s tu di e s  e m pl oye d m a c hi ne  l e a r ni ng t e c hni que s  w it h t he  a i m  of  opt im iz in g he r bi c id e  us a ge .   I n t he  c ont e xt  of   s it e - s p e c if ic  w e e d m a na g e m e nt   ( S S W M ) , w hi c h a im s  t o  t a r ge t  a nd pr e c i s e ly  c ont r ol   w e e ds ,  w e   ha ve   de ve lo pe d   r e s e a r c h   to   m e e t  th is   ne e d. O ur   s tu d ie s   f oc us e d   on  us in g   de e p  le a r ni ng  m ode ls   f or   de te c ti ng  a nd  id e nt if yi ng  c r ops   a m ong  w e e ds .  I n  our   in it ia l  s tu dy,  w e   tr a in e d  th e   F a s te r   r e gi on - ba s e d  c onvolut io na l  ne ur a l  ne twor k  ( R C N N )   r e s id ua l  ne twor ks   ( R e s N e t ) - 50  m ode l  to   de te c t  a nd  lo c a te   c r ops   w it h   hi gh pr e c is io n   [ 3] . I n  a  s ubs e que nt  pr oj e c t,  w e  e va lu a te d t he  pe r f or m a nc e  of  t he   you  onl y l ook onc e  ve r s io n  5   ( Y O L O v5 )  obj e c t  de te c to r   by  te s ti ng  di f f e r e nt   s iz e s   a nd  le a r ni n g  m e th ods ,  in c lu di ng  tr a in in g   f r om   s c r a tc h  a nd   tr a ns f e r   le a r ni ng.  T hi s   a ll ow e d  us   to   a c hi e ve   hi gh  a c c ur a c y  a nd  f a s t  lo c a li z a ti on  s pe e d s   f or   c r ops .  F ur th e r m or e ,   w e   e xpl or e d  va r io us   s e gm e nt a ti on  ne twor ks   to   e f f e c ti ve ly   di s ti ngui s h  c r ops   f r om   w e e ds   [ 4] .  T hi s   a n a ly s is   e na bl e d  u s   to   a c c ur a te ly   de te r m in e   th e   pos it io ns   of   w e e ds   b y  e li m in a ti ng  th e   c r op  r e gi ons   id e nt if ie d  by  Y O L O v5 .  I n  a not he r   s tu dy,  w e   pr opos e d  a   c la s s if ic a ti on  m ode l  ba s e d  on  R e s N e t  a nd  M obi le N e t  f or   id e nt if yi ng   a nd  di f f e r e nt ia ti ng  be twe e n  c r ops   a nd   w e e d s ,  a nd  c om p a r e d  it s   pe r f or m a nc e   w it h  popula r   c onvolut io na l  ne ur a l  ne twor ks  ( C N N s )   [ 5] .    I n  th e   s a m e   c ont e xt ,  W a ng  e t  al .  [ 6]   s um m a r iz e d  th e   pr ogr e s s   m a de   in   w e e d  de t e c ti on  us in g  c om put e r   vi s io n  a nd  im a ge   pr oc e s s in g  te c hni que s .  A ll   th e s e   te c hni que s   h a ve   f oc us e d  on   di r e c t  de te c ti on   of   w e e d  f e a tu r e s ,  a   de li c a te   ta s k  in   vi e w   of   th e   w id e   va r ie ty   o f   w e e d  s pe c ie s .  O ur   w e e d  de te c ti on  m e th od  in vol ve s   a   two - s te p   a ppr oa c h:   ve ge ta ti on/ gr ound  di s c r im in a ti on  ( s e gm e nt a ti on)   f ol lo w e d  by  c r op/ w e e d  di s c r im in a ti on  ( obj e c t   de te c ti on) , w hi c h a ll ow s  us  t o e xt r a c t  th e  w e e d s  a lo ne .   O bj e c t  de te c ti on  c ont in ue s   to   be   a   s ig ni f ic a nt   a r e a   of   r e s e a r c h  in   de e p  le a r ni ng,  w it h  va r io us   a ppl ic a ti ons   s how c a s in g  th e   c a p a bi li ti e s   of   obj e c t  de t e c to r s   in   s o lv in g  c om put e r   vi s io n  pr obl e m s .  T h e s e   in c lu de   f a c ia l  r e c ogni ti on   [ 7] , pe de s tr ia n de te c ti on   [ 8] , vi de o  a na ly s is   [ 9 ] ,  a nd  lo go de te c ti on   [ 10] . C ur r e nt ly , t he r e  a r e   two ma jo r  c a te gor ie s  of  obj e c t  de te c to r s :  two - s ta g e  de te c to r s , s uc h a s   R C N N   a nd i ts  va r ia nt s , a nd  s in gl e - s ta ge   de te c to r s , w hi c h a r e  ge n e r a ll y m or e  pow e r f ul  t ha n t he  f or m e r , l ik e  t he   Y O L O   m ode l  a nd i ts  ve r s io ns .   T he   r e m a r ka bl e   s uc c e s s   of   Y O L O ' s   a r c hi te c tu r e   ha s   le d  to   nu m e r ous   r e s e a r c h  e f f or ts   a im e d  a t  i ts   im pr ove m e nt .  I n   [ 11 ] ,  [ 12] ,  th e   a ut hor s   opt im iz e d  th e   num be r   a nd  s iz e   of   bounding  boxe s   ge ne r a te d  by  Y O L O v3  a nd  Y O L O v5    dur in g  tr a in in g  us in g  K - m e a ns   a nd  K - m e a ns + +   c lu s t e r in g  te c hni que s .  A   f e a tu r e   f us io n   m e th od  c a ll e d  P B - F P N   w a s   pr opos e d,  bui ld in g  upon  pa th   a g gr e ga ti on  ne twor k  ( P A N e t)   a nd  bi di r e c ti ona l  f e a tu r e   pyr a m id   ne twor k  ( B iF P N )   te c hni que s   [ 13] .  A not he r   s tu dy  f oc us e d  on  opt im iz in g  th e   Y O L O v5   m ode l   s pe c if ic a ll y  f or   pl a nt   di s e a s e   id e nt if ic a ti on   [ 14] .  A ddi ti ona ll y,  r e s e a r c he r s   pr opos e d  a   di la ti on  te c hni que   f or   th e   s pa ti a l  pyr a m id   m odul e   ( S P P )   to   in c or po r a te   m ul ti - s c a le   in f o r m a ti on  a nd  a ddr e s s   s c a le   va r ia ti on  is s ue s   in   Y O L O v3   [ 15] .  I n  th e   dom a in   of   ki w i  a gr ic ul tu r e   f a ul t  de te c ti on,  th e   a ut hor s   of   [ 16]   in tr oduc e d  s e ve r a l  e nha nc e m e nt s   to   Y O L O v5 . T he s e   im pr ove m e nt s   in c lu de d  th e  a ddi ti on  of   a   s m a ll   ta r ge t  de te c ti on  la ye r   a nd  a   S E L a ye r ,  a s   w e ll   a s   m odi f ic a ti ons   to   th e   lo s s   f unc ti on  f r o m   di s ta nc e - in te r s e c ti on  ove r   uni on   ( D i oU )   to   c om pl e te - in te r s e c ti on ove r  uni on  ( C i oU ) .   W h e n   it   c o m e s   t o  e n ha nc in g  th e   a c c ur a c y  of   ob je c t   de t e c ti on   n e twor k s ,   a r c h it e c tu r e   pl a y s   a   vi t a l   r ol e   a m o ng  va r io us   p a r a m e te r s .   T yp ic a l ly ,   ob je c t  de te c t or s   c on s i s t   of   t hr e e   m a i n  c om p on e n ts :  t he   ba c k bo ne ,  t he   ne c k ,  a nd   th e   pr e di c ti on  he a d .  I n   th i s   r e s e a r c h ,   w e   pr o po s e   a n  e nh a n c e m e n t  to   th e   Y O L O v 5    n e t w or k  b y  u s i ng  th e   m o s t  pop ul a r   C N N   n e t w or ks   ( s u c h  a s   D a r kN e t ,  a nd   M obi le N e t)   a s   b a c kbo ne s .   T h e   o bj e c ti v e   of   t hi s   s t udy   i s   t o  i de nt if y  th e   b e s t   b a c kb on e   th a t   c a n  im pr ov e   Y O L O v5 ' s   p e r f or m a nc e   w h il e   pr e s e r vi ng   it s   o th e r   la ye r s   ( ne c k   a nd   he a d) .  W e   f o c u s   o n  e v a l ua ti n g  th e ir   p e r f o r m a n c e   i n  t h e   a c c ur a te   d e t e c t io n   a nd   l oc a li z a ti on   of   p e a   c r o p s .   A ddi ti o na ll y ,  w e  w i ll   c o m p a r e  t he  r e s ul t s   obt a i ne d  by  th e s e  n e tw or k s  w i th   th os e  o f  o th e r   c om m o nl y  u s e d  obj e c t  de te c t or s .        2.   M E T H O D     I n  th is   s e c ti on  w e   w il l  s how   you  th e   m e th ods   a nd  m a te r ia ls   w e  us e d  to   c a r r y  out   th is   s tu dy.   A   m ode r n   obj e c t  de te c to r   c on s is ts   of   3   m a in   pa r ts , a   ba c kbon e ,  a   n e c k ,   a n d  a   he a d  ( F ig ur e   1) .  T h e   ba c kbon e   c om pone nt   of   a n  obj e c t  de te c ti on  m ode l  c ons is ts   of   a   s e t  of   la ye r s   r e s pons ib le   f or   e xt r a c ti ng   f e a tu r e s   f r om   in put   im a ge s .   T he s e   la ye r s   a im   to   c a pt ur e   de ta il e d   in f or m a ti on  f r om   th e   im a ge s . T he   ne c k  c om pone nt ,   on  th e   ot he r   h a nd,  is   ty pi c a ll y us e d t o ga th e r  a nd me r ge  t he  out put  f e a tu r e s  obt a in e d f r om  t he  ba c kbone . I t  th e n s e nds  f e a tu r e  m a ps   of  di f f e r e nt  s iz e s  b a c k t o  t he  de t e c ti on he a d s .  T hi s  pr oc e s s  e n a b le s  t he  m ode l  to  de t e c t  obj e c ts  of  v a r yi ng s iz e s   w it hi n  th e   im a ge .  F in a ll y,  th e   de te c ti on  he a d  pe r f or m s   c a lc ul a ti ons   f or   bounding  box  r e gr e s s io n  a nd  pr oba bi li ty   e s ti m a ti on.   I n  th is   s tu dy  w e   pr opos e   to   m a ke   a   m odi f ic a ti on  to   th e   a r c hi te c tu r e   of   Y O L O v5  by  r e pl a c in g  it s   ba c kbone  w it h t he  popula r  C N N s :  D a r kN e t,  M obi le N e t,  R e s N e t  a nd  vi s ua l  ge om e tr y gr oup ( V G G ) ,  a s  s how n  in  F ig ur e  1, a nd t o e va lu a te  t he  pe r f or m a nc e  of  e a c h m ode l.     2.1.   Y O L O v3   Y O L O ,  or   " you  onl y  lo ok  onc e ,"   is   a   w e ll - known  one - s ta ge   obj e c t  de te c to r   th a t   pr e di c ts   th e   lo c a ti on   a nd  c la s s   of   obj e c ts   in   a  s in gl e   pa s s ,  m a ki ng  it   ge n e r a ll y  f a s te r  t ha n  de te c to r s   us in g  r e gi on  pr opos a l  ne twor ks   ( R P N )   [ 17] .  Y O L O v3,  one   of   th e   m os t  popula r   ve r s io ns ,  e nha nc e s   th e   Y O L O   a r c hi te c tu r e ,  r e s ul ti ng  in   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S S N :   2252 - 8938   I nt  J  A r ti f   I nt e ll ,  V ol .   14 , N o.   1 ,  F e br ua r y   2025 :  658 - 666   660   im pr ove d  a c c ur a c y  a nd  s pe e d.  Y O L O v3' s   a r c hi te c tu r e   c ons is t s   of   th r e e   m a in   c om pone nt s :  th e   ba c kbone ,  ne c k,  a nd  he a d.  I t  us e s   D a r kne t5 3  a s   th e   ba c kbone ,  c om pr is in g  53  c onvolut io na l  la ye r s   in s pi r e d  by  D a r kne t1 9,   in c lu di ng B ot tl e ne c k m odul e s  w it h s hor tc ut  c onn e c ti ons  f or  e f f ic ie nt  f e a tu r e  e xt r a c ti on.             F ig ur e  1.  T he  s tr uc tu r e  of  a  m ode r n obje c t  de te c to r  ne twor k       T he   n e c k  in c or por a te s   th e   f e a tu r e   pyr a m id   ne twor k   ( F P N )   m e th od  to   f us e   lo w   a nd   hi gh - le ve l  f e a tu r e s ,   ups a m pl in g t he  ba c kbone ' s  out put  a nd c om bi ni ng i t  w it h l ow - le ve l  out put s . T he  he a d us e s  k - m e a ns  c lu s te r in g  to   de te r m in e   bounding  box  c oor di na te s ,  di s tr ib ut in g  ni ne   c lu s t e r s   a m ong  th r e e   out put   s c a le s   [ 18] ,  [ 19] .  I n  a   s e pa r a te   s tu dy,  r e s e a r c he r s   pr opos e d  Y O L O v3 - ti ny,  a   c om pa c t  ve r s io n  us in g  D a r kne t1 9  a s   th e   ba c kbone   a nd  a  s im pl if ie d ne c k w it h a  s in gl e  c onc a te na ti on.  Y O L O v3 - ti ny e m pl oys  t w o f e a tu r e  m a ps  of  di f f e r e nt  s c a le s  f or   de te c ti on  pr e di c ti ons ,  w hi c h  a r e   th e n   pr oc e s s e d  by   a   s im il a r   s e ns in g  he a d  a s   in   Y O L O v3   [ 20] .  T hi s   c om pa c t   ve r s io n  ba la nc e s   s pe e d  a nd  a c c ur a c y,  m a ki ng  it   s ui ta bl e   f or   e m be dde d  s ys te m s   w it h  li m it e d  c om put a ti ona l  r e s our c e s .     2.2.   Y O L O v4   Y O L O v4  is   a   r e c e nt   it e r a ti on  of   Y O L O   d e te c to r s ,  f e a t ur in g  a   m ode r n  a r c hi te c tu r e   w it h   C S P D a r kN e t5 3  a s   it s   ba c kbone .  B ui lt   upon  th e   D a r kN e t  53  a r c hi te c tu r e   us e d  in   Y O L O v3,  C S P D a r kN e t5 3   in c lu de s   C onv  m odul e s   a nd  a   ne w   B ot tl e N e c k C S P   m odul e   in s pi r e d  by  th e   C S P N e t  te c hni que   [ 21] .  A f te r   num e r ous   e xpe r im e nt s ,  th e   a ut hor s   de te r m in e d  th a t  C S P D a r k N e t5 3  is   th e   opt im a l  m ode l  c om pa r e d  to   ot he r   ne twor ks   te s te d.  Y O L O v4' s   ne c k  in c or por a te s   a n  a ddi ti ona l  S P P   m odul e   to   ge ne r a te   r e pr e s e nt a ti ons   f r om   im a ge s   of   a r bi tr a r y  s i z e s   [ 22] .  I t  a ls o  u s e s   P A N e t  in   th e   n e c k,  i m pr ovi ng  obj e c t  lo c a li z a ti on a c c ur a c y   th r ough  e nha nc e d  f e a tu r e   f us io n  f r om   bot to m   to   to p   a nd  to p  to   bot to m .  T he   he a d  of   Y O L O v4  is   s im il a r   to   th a t  o f   Y O L O v3.  A not he r   s tu dy  in tr oduc e d  Y O L O v4 - ti ny,  a   s m a ll e r   ve r s io n  w it h  a   r e duc e d  C S P D a r kN e t5 3  ba c kbone   f e a tu r in g  3  B ot tl e N e c kC S P   m odul e s   in s te a d  of   27.  T he   e xt r a c te d  f e a tu r e s   a r e   pr oc e s s e d  by  a   r e duc e d   ne c k   ba s e d  on  th e   F P N   te c hni que ,  s im il a r   to   Y O L O v3 - ti ny,  be f or e   be in g  s e nt   to   th e   Y O L O v3  he a d  f or   pr e di c ti ng  lo c a ti on a nd c la s s   [ 23] .       2.3.   Y O L O v5    Y O L O v5 ,  a   r e c e nt   Y O L O   v e r s io n,  is   known  f or   it s   im pr e s s iv e   a c c ur a c y   a nd   s pe e d.  I ts   a r c hi te c tu r e   c lo s e ly   r e s e m bl e s   Y O L O v4,  us in g  th e   C S P D a r kN e t5 3  ba c kbone   w it h  m odi f ic a ti ons .  Y O L O v5  in c lu de s   uni que   m odul e s   li ke   C 3,  c om pr is in g  th r e e   C onv  m odul e s   a nd  a   B ot tl e N e c kC S P ,  w hi c h  m it ig a te s   gr a di e nt   in f or m a ti on   dupl ic a ti on.  I t  a ls o  f e a tu r e s   th e   S P P F   m odul e   f o r   im p r ove d  f e a tu r e   e xpr e s s io n,  in s pi r e d  by  S P P   ne twor ks   bu t   f a s te r .  Y O L O v5  ' s   ne c k  us e s   P A N e t  f or   f e a tu r e   f us io n,  a nd  th e   out put s   a r e   s e nt   to   th e   de te c ti on  he a d,  s im il a r   to   Y O L O v3, f o r  pr e di c ti ng obje c t  lo c a ti on a nd c la s s   [ 13] .       2.4.   T h e  M ob il e N e t  n e t w or k s   M obi le N e t  is   r e now ne d  f or   it s   s pe e d  a nd  li ght w e ig ht   a r c hi te c t ur e ,  id e a l  f or   m obi le   a ppl ic a ti ons .   I t  ut il iz e s   de pt hw is e   s e p a r a bl e   c onvolut io ns   ( D W C onv)   f or   e f f ic ie nt   f e a tu r e   e xt r a c ti on,  c ons is ti ng  of   a   de pt hw is e   c onvolut io n  la ye r   f ol lo w e d  by  ba tc h  nor m a li z a ti on  ( B a tc hN or m )   a nd  R e L U   a c ti va ti on.  M obi le N e t  v 1   us e s   D W C onv - s e p  bl oc k s ,  w hi c h   in c lu de   D W C onv  m odul e s   f ol lo w e d  by  C onv   m odul e s   [ 24] .  M obi le N e t  v 2  in tr oduc e s   B ot tl e N e c k - M ob  bl oc ks ,  f e a tu r in g  c onvolut io n  la ye r s   w it h  a n  e xpa ns io n  la ye r   a t  th e   in put   a nd  a   pr oj e c ti on l a ye r  a t  th e  out put , i nc or por a ti ng s hor tc ut  c onne c ti ons  a nd t he  D W C onv modul e  a t  th e ir  c or e   [ 25] .       2.5.   T h e  R e s N e t   m od e ls   R e s N e t   w a s   in tr oduc e d   to   ta c kl e   th e   va ni s hi ng  gr a di e nt   pr obl e m   in   tr a in in g  de e p  ne ur a l  ne twor ks .   R e s N e t  m ode ls   a r e  s im il a r  t o V G G  ne twor ks  but  i nc lu de   s hor tc ut  c onne c ti ons  t h a t  li nk t he  i nput   a nd output  of   e a c h  m odul e ,  e ns ur in g  s m oot h  gr a di e nt   f lo w .  T he s e   c onne c ti o ns   he lp   m it ig a te   th e   va ni s hi ng  gr a di e nt   is s ue .  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J  A r ti f   I nt e ll     I S S N :   2252 - 8938       E nhanc e m e nt  of  Y O L O v 5 f or  aut om at ic  w e e d d e te c ti on t hr ough  bac k bone   …   ( M ohamm e d H abi b)   661   D e pe ndi ng  on  th e   m ode l  s i z e ,  R e s N e t  c a n  c ont a in   di f f e r e nt   n um be r s   of   R e s C onv   m odul e s ,  s uc h  a s   34,  50,    or  101   [ 26] .       2.6.   T h e  V G G  m od e ls   V G G   ne twor ks   a r e   r e c ogni z e d  a s   f unda m e nt a l  c onvolu ti ona l  ne twor ks   known  f or   th e ir   s tr a ig ht f or w a r d  a r c hi te c tu r e .  T he y  c ons is t  of   a   s e que nc e   of   c onv ol ut io na l  la ye r s   ( C onv)   s ta c ke d  on  to p   of   e a c h   ot he r .  T he   va r io us   ve r s io ns   of   V G G   a r e   di s ti ngui s he d  by  th e   n um be r   of   c onvolut io na l  la ye r s   e m pl oye d,  s uc h   a s  V G G 16   a nd   V G G 19   [ 27] .       2.7.   G e n e r al iz e d  i n t e r s e c t io n  ove r  u n io n   l os s   W he n  tr a in in g  obj e c t  de te c to r s ,  th e   lo s s   i s   de te r m in e d  by  two  f unc ti ons ,  th e   c la s s if ic a ti on  lo s s   a nd  th e   bounding  box  r e gr e s s io n  lo s s .  T he   m os t  c om m onl y  us e d  lo s s   f unc ti on  f or   bounding   box  r e gr e s s io n  is   th e   in te r s e c ti on ove r  uni on ( I oU )   a nd i ts  de r iv a ti ons . T he  I oU  i s  de f in e d by   ( 1) .     ( , ) = ∩ ∪   ( 1)     w he r e  A  i s  t he  pr e di c ti on a nd B  i s  t he  t r ue  bounding box.    T he   lo s s   f unc ti on  i s   e xpr e s s e d   a s   a   di s ta nc e ,   L os s I oU   =   1  −   I oU .  T he r e   a r e   ot he r   f unc ti ons   d e r iv e d  f r om   I oU   th a t  e na bl e   th e   e v a lu a ti on  of   th e   di s s im il a r it y  be twe e n  th e   pr e di c te d  a nd  tr ue   bounding  boxe s ,  e v e n  in   c a s e s   w he r e   th e y  do  not   ove r la p.  O ne   s uc h  f unc ti on  is   th e   ge ne r a li z e d  in te r s e c ti on  ove r   uni on  ( G I oU ) ,  w hi c h   a ddr e s s e s   th e   is s u e   of   di s jo in t  bounding  boxe s   ( A   a nd  B ) .  G I oU  pos s e s s e s   th e   s a m e   s c a le   in va r ia nc e   pr ope r ti e s   a s  I oU  a nd i s  de f in e d by the   ( 2)  a nd ( 3) .     ( , ) = ( , ) −   | | − | ∪ | | |   ( 2)      = 1 − ( , ) = 1 − ( , ) +   | | − | ∪ | | |   ( 3)     w it h C  i s  t he  s m a ll  box tha t  e n c lo s e s  t he  boxe s  A   a nd B   [ 13] .    I n  th is   s tu dy,  w e   w il l  ut il iz e   th e   G I oU   f unc ti on  to   c a lc ul a te   th e  bounding  box  r e gr e s s io n  lo s s  a t  e a c h  it e r a ti on.   F or   c la s s if ic a ti on,  w e   us e d  th e   bi na r y  c r os s   e nt r opy  w it h  lo gi ts   lo s s   f unc ti on  f r om   th e   Y O L O v5   m ode l   tr a in in g.  T he   B C E W it hL ogi ts   lo s s   c om bi ne s   th e   f unc ti ona li ti e s   of   two  S ig m oi d   f unc ti ons   a nd  th e   B C E L os s   by   us in g t he  l og - s um - e xp me th od. T he  B C E L os s W it hL ogi ts  i s  de f in e d a s   ( 4) .       ℓ ( , ) = = { 1 , … , } , = − [ ⋅ ( ) + ( 1 − ) ⋅ ( 1 − ( ) ) ]   ( 4)     N   is   th e   ba tc h  s iz e .  T he   r e s ul t  is   a   m or e   num e r ic a ll y  s ta bl e   f un c ti on  c om pa r e d  to   us in g  S ig m oi d  f ol lo w e d  by   B C E L os s  s e p a r a te ly   [ 28] .       2.8.   D at as e t  ac q u is it io n   D a ta S e t   a c qui s it io n  s ti ll  r e m a in s  one  of  t he  gr e a t  c ha ll e nge s  of   D e e pL e a r ni ng, a  gr e a t  D a t a S e t   m e a ns   a   good  le a r ni ng.  I n  our   s tu dy,  w e   ut il iz e d  a   pr e vi ous ly   c ol le c te d  a nd  pr e pa r e d  D a ta S e t  f r om   our   e a r li e r   w or k  [ 3]   f or   m ode l  t r a in in g.  T he   im a ge s   w e   ha ve   c ol le c te d  c ont a in   t he   pe a   c r op  a nd  th e   w e e ds   w it h  th e s e   di f f e r e nt   s pe c ie s .  F ig ur e   2  il lu s tr a te s   th e   te c hni que s   e m pl oye d  f or   im a g e   a c qui s it io n.  T o  f ur th e r   e nha nc e   th e   D a ta S e t,   w e  e m pl oye d i m a ge  pr oc e s s in g t ool s  f or  da ta  a ugm e nt a ti on.            F ig ur e   2.   T h e  m a t e r i a l s   u s e d f or  t he  a c q ui s i ti o n o f   d a t a s e t   a   di gi t a l  c a m e r a  w a s  f i xe d  in   40   c m  f r o m  t h e   gr ou nd     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S S N :   2252 - 8938   I nt  J  A r ti f   I nt e ll ,  V ol .   14 , N o.   1 ,  F e br ua r y   2025 :  658 - 666   662   F or   im a ge  l a be li ng, we  ut il iz e d t he   Y O L O   m ode ls '  s pe c if ic  a nn ot a ti on f or m a t.   E a c h  bounding box  is   c ha r a c te r iz e d by  t he  c oor di na te s  of  i ts  c e nt e r  poi nt  ( x, y) , i ts  l e n gt h, w id th , a nd t he  c or r e s ponding obj e c t  c la s s .   T he s e   c oor di na te s   a r e   nor m a li z e d  a nd  s a ve d  in   a   te xt   f il e .  T he   D a ta S e t  w a s   di vi de d  in to   th r e e   s ub s e ts :     7 , 360 im a ge s  f or  t r a in in g, 1 , 840 im a ge s  f or  va li da ti on, a nd 54 im a ge s  f or  t e s ti ng.       3.   R E S U L T S  A N D  D I S C U S S I O N     I n  th is   s e c ti on,   w e   w il l  pr e s e nt   th e   r e s ul ts   of   tr a in in g  a nd   va l id a ti on  of   obj e c t  de te c to r s   us in g  th e   pr e vi ous ly   di s c us s e d  ba c kbon e   a r c hi te c tu r e s .  W e   w il l  e va lu a t e   th e ir   pe r f or m a nc e   in   c r op  id e nt if ic a ti on  a nd   ul tr a - lo c a li z a ti on. T he  m ode ls  w e  w il l  e xa m in e  a r e  de r iv e d  f r o m  t he  ne ur a l  ne twor ks  a lr e a dy s tu di e d.   T a bl e   1  pr ovi de s   a n  ove r vi e w   of   th e   c ons tr uc te d  m ode ls ,  in c lu di ng  t he ir   s iz e   a nd  c om put a ti ona l  r e qui r e m e nt s .  I t   s um m a r iz e s  t he  c h a r a c te r is ti c s  of  e a c h m ode l.       T a bl e  1 .   T he  pr ope r ti e s  of  t he  t r a in e d m ode ls   M ode l  N a m e   B a c kbone   N e c k   L a ye r s   P a r a m e t e r s   G f l ops   Y O L O v5    C S P D a r kN e t 53 ( m od)   P A N e t   214   7235389   16.6   Y O L O v4   C S P D a r kN e t 53   P A N e t   383   40020445   102.1   Y O L O v3   D a r kN e t 53   FPN   262   61949149   156.6   Y O L O v4 - T i ny   C S P D a r kN e t 19   FPN - t i ny   91   3105526   6.5   Y O L O v3 - T i ny   D a r kN e t 19   FPN - t i ny   49   8852366   13.3   V G G 16   V G G 16   FPN - t i ny   68   25996222   272.1   V G G 19   V G G 19   FPN - t i ny   77   31307198   340.1   M obne t v1   M obi l e ne t v1   FPN - t i ny   105   16973630   13.3   M obne t v2   M obi l e ne t v2   FPN - t i ny   200   16774670   18.9   R e s ne t 50   R e s N e t 50   FPN - t i ny   284   61283390   89.5       T he   G f lo ps   r e f e r s   to   th e   num be r   of   f lo a ti ng - poi nt   ope r a ti ons   pe r   s e c ond,  e xpr e s s e d   in   G ig a .  A s   s ho w n  in   th e   T a bl e   1,  Y O L O v4,  Y O L O v3,  a nd  V G G   m ode ls   ha ve   hi gh  c om put a ti ona l  r e qui r e m e nt s ,  in di c a ti ng  th a t   th e ir   e xe c ut io n  a nd  tr a in in g  ti m e s   w il l  be   r e la ti ve ly   lo ng.  O n  th e   ot he r   ha nd,  Y O L O - ti ny  a nd  M obi le N e t  m ode ls   ha ve   lo w e r   c om put a ti ona l   de m a nds ,   a ll ow in g  th e m   to   be   e x e c ut e d  e f f ic ie nt ly   e ve n   on  lo w - pe r f or m a nc e   pr oc e s s or s .     3.1.   T r ai n in g p r e p ar at io n   W e   bui lt   th e s e   m ode ls   w it h  th e   f unc ti ona li ty   of   th e   P yt or c h  li br a r y  w it h  w hi c h  th e   Y O L O v 5  m ode l   w a s   w r it te n.  W e   tr a in e d,  v a li da te d  a nd  te s te d  a ll   th e   c r e a te d  m ode ls   unde r   th e   s a m e   c ondi ti ons   in   te r m s   of   da ta s e t,   pr e - pr oc e s s in g  te c hni que s ,  a nd  us in g  th e   T e s la   T 4  gr a phi c s   pr oc e s s or .  T he   hype r pa r a m e te r s   f or   m ode l   tr a in in g a r e  l is te d i n T a bl e  2.         T a bl e  2 .   T he  hype r - pa r a m e te r s  of  t he  t r a in in g of  t he  m ode ls   E poc hs   W a r m up e poc hs   B a t c h S i z e   I m g. S i z e   l r 0   O pt i m i z e r   M om e nt um   L os s  f unc t i on   50   3   16   320   0.01   S G D   0.937   B C E W i t hL ogi t s L os s ,  G I oU       3.2.   V al id at io n  r e s u lt s   A f te r   tr a in in g  our   m ode ls ,  w e   va li da te d  th e ir   pe r f or m a nc e   by  i nt r oduc in g  th e   va li da ti on  im a ge s   a nd  c om pa r in g t he  pr e di c te d bounding  boxe s  w it h t he  t r ue  bounding  boxe s .  W e  v a r ie d t he   s iz e  of  t h e  i nput  i m a ge s   f r om  320 to 640 t o obs e r ve  i ts  i m pa c t  on t he  r e s ul ts .   P r e c is io n a nd r e c a ll  a r e  t he  m os t  c om m onl y us e d m e tr ic s   f or  e va lu a ti ng t he  pe r f or m a nc e  of  a   C N N   dur in g va li da ti on. T he y a r e  de f in e d a s   ( 5)  a nd ( 6) :     =   +    ( 5)     =   +    ( 6)     T P   r e pr e s e nt in g  tr ue   pos it iv e ,  T N   f o r   t r ue   ne ga ti ve ,  F P   f or   f a ls e   pos it iv e ,  a nd  F N   f o r   f a ls e   ne ga ti ve .  I n   our   c a s e ,  th e  pos it iv e  c la s s  c or r e s ponds  t o p e a s , w hi le  t h e  ne ga ti ve  c la s s  r e pr e s e nt s  t he  b a c kgr ound   [ 5] .   P r e c is io n  r e c a ll   ( PR )   c ur ve s   a r e   us e d   to   r e pr e s e nt   pr e c is io n  v e r s us   r e c a ll ,  w h e r e   pr e c is io n  m e a s ur e s   r e s ul t  a c c ur a c y  a nd  r e c a ll   m e a s ur e s   th e   r e le va nc e   of   r e s ul ts .  T he   x - a xi s   of   P R   c ur ve s   s how s   r e c a ll ,  a nd  th e     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J  A r ti f   I nt e ll     I S S N :   2252 - 8938       E nhanc e m e nt  of  Y O L O v 5 f or  aut om at ic  w e e d d e te c ti on t hr ough  bac k bone   …   ( M ohamm e d H abi b)   663   y - a xi s   s how s   pr e c is io n.  F ig ur e   3  di s pl a ys   P R   c ur ve s   f or   m ode l   va li da ti on  a c r os s   va r io us   I oU   th r e s hol ds .  P R   c ur ve s   a r e   c om m on  in   bi na r y  c la s s if ic a ti on  ta s ks ,  li ke   di s ti ngui s hi ng  be twe e n  P e a   a nd  ba c kgr ound,  to   e va lu a te   m ode l  pe r f or m a nc e   [ 29 ] . A  h ig he r  a r e a  unde r  t he  c ur ve   ( A U C )   in di c a te s  be tt e r  a c c ur a c y a nd r e c a ll , w it h hi gh   pr e c is io n s ig ni f yi ng f e w e r  f a ls e  pos it iv e s   a nd high r e c a ll  i ndi c a ti ng f e w e r  f a ls e  ne ga ti ve s .   F r om   F ig ur e s   3 ( a )   to   3 ( d) ,  it   is   e vi de nt   th a t  th e   V G G ,  R e s N e t5 0,  a nd  Y O L O v3  m ode ls   e xhi bi te d  s upe r io r   A U C   va lu e s   c om pa r e d  to   th e   ot he r   m ode ls   a c r os s   a ll   I oU   th r e s hol ds .  C onve r s e ly ,  th e   M obi le N e ts ,  Y O L O v5 , a nd  Y O L O v4 - ti ny mode ls  a c hi e v e d t he  m in im um  A U C  va lu e s .  I t  is  w or th  not in g t ha t  th e   Y O L O v3  m ode l  r e m a in e d  r e la ti ve ly   s ta bl e   in   te r m s   of   A U C   a s   th e   I o U   th r e s hol d  va r ie d.  H ow e ve r ,  th e   M obi le N e ts   m ode ls   de m ons tr a te d   s ig ni f ic a nt   c h a nge s ,   pa r ti c ul a r ly   in   pr e c i s io n,  w it h  va r yi ng  I oU   th r e s hol d s .  R e ga r di ng  r e c a ll ,  th e r e   w e r e   no  s ig ni f ic a nt   di f f e r e nc e s   obs e r ve d  a m ong  th e   m ode ls   or   a c r os s   th e   di f f e r e nt   I oU   th r e s hol ds .             ( a )     ( b)         ( c )   ( d)     F ig ur e  3. T he  P R _c ur ve s  of  t he  va li da ti on of  t he  s tu di e d m ode l s  w it h a n I oU  t hr e s hol d :   ( a )  0.5, ( b)  0.75,    ( c )   0.85 ,   a nd ( d)   0.9       I n  or de r   to   c la r if y  th e   r e s ul t s   of   m ode l  v a li da ti on,  w e   us e d   one   of   th e   m e tr ic s   th a t  be tt e r   r e f le c ts   th e   A U C  i s  t he   a ve r ge  pr e c is io n ( AP ) .  I t  is  de f in e d by   ( 7)   [ 3] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S S N :   2252 - 8938   I nt  J  A r ti f   I nt e ll ,  V ol .   14 , N o.   1 ,  F e br ua r y   2025 :  658 - 666   664    = ∫ ( ) 1 0    ( 7)     T he   r e s ul ts   of   A P   va li da ti on  of   th e   m ode ls   s tu di e d  in   f unc ti on   of   I oU   th r e s hol d  a s   w e ll   a s   th e   s pe e d  of   in f e r e nc e   ( de te c ti on)  f or  a  s in gl e  i m a ge  a r e  s how n i n T a bl e  3.   T he   T a bl e   3  f ur th e r   s uppor ts   th e   f in di ngs   de pi c te d  in   th e   P R   c ur ve s .  T he   V G G ,   R e s N e t,   a nd  Y O L O   m ode ls   e xhi bi t  th e   hi ghe s t   pr e c is io n  v a lu e s  a nd  de m on s tr a te   s t a bi li ty   in   pr e c is io n  a s   th e   I oU   th r e s hol d  v a r ie s .  H ow e ve r ,  th e s e   m ode l s   te nd  to   be   s lo w e r   in   te r m s   of   e xe c ut io n   ti m e .  O n  th e   ot he r   ha nd,  Y O L O v 5  s ta nds   out   a s   a   f a s t  m ode l  w hi le   m a in ta in in g  good  p r e c is io n.  T he   Y O L O - ti ny,  M obi le N e ts ,  a nd  Y O L O v 5  m ode ls   a r e   id e nt if ie d a s  t he  f a s te s t  m ode l s , pr io r it iz in g c om put a ti ona l  e f f ic ie nc y.         T a bl e  3 .   T he  va li da ti on r e s ul ts  of  t he  m ode l s  s tu di e d a s  a  f unc ti on of  I oU  t hr e s hol d   T he  m ode l   AP 50   AP 75   AP 85   AP 90   S pe e d ( m s )   Y O L O v5    0.881   0.874   0.852   0.798   10   Y O L O v4   0.906   0.890   0.859   0.818   29   Y O L O v3   0.915   0.912   0.898   0.871   28.4   Y O L O v4 - T i ny   0.881   0.851   0.769   0.654   4.7   Y O L O v3 - T i ny   0.891   0.877   0.806   0.663   5.9   V G G 16   0.946   0.935   0.898   0.830   32.5   V G G 19   0.945   0.937   0.900   0.822   40.4   M obi l e N e t v1   0.893   0.862   0.752   0.593   10.1   M obi l e N e t v2   0.865   0.842   0.788   0.657   13.9   R e s N e t 50   0.923   0.917   0.896   0.841   27.7   F a s t e r  R C N N  R e s N e t  50   0.957   0.956   -   -   136   SSD - M obi l e N e t v2   0.956   0.899   -   -   17       4.   D I S C U S S I O N   T hi s   s e c ti on  e va lu a te s   th e   r e s ul ts   a nd  li m it a ti ons   of   our   m e th ods ,  f oc us in g  on  id e nt if yi ng  th e   be s t   ba c kbone   to   e nha nc e   Y O L O v5  ' s   pe r f or m a nc e   w hi le   pr e s e r vi ng  it s   ot he r   pa r a m e te r s   ( ne c k  a nd  he a d ) .  W e   di s c ove r e d  th a t   V G G ,  R e s N e t5 0,  a nd   Y O L O v3  m ode l s ,  w hi c h  de m ons tr a te d  hi gh   pr e c is io n   a nd  r e c a ll ,  a r e   e f f e c ti ve   f or   a c hi e vi ng  a c c ur a te   r e s ul ts   a nd  c a pt ur in g  m os t  pos it iv e   in s ta nc e s .  H ow e ve r ,  c on s id e r in g  th e   c ons tr a in ts   of   lo w - c a pa c it y  c om put in g  s ys te m s ,  pr io r it iz in g  f a s te r   m ode ls   li ke   M obi le N e t,   Y O L O - ti ny,  a nd  Y O L O v5  is   r e a s ona bl e   due   to   th e ir   good   ba la nc e   of   s pe e d  a nd  a c c ur a c y,  m a ki ng  th e m   s ui ta bl e   f or   de pl oym e n t   in   r e s our c e - li m it e d  e nvi r onm e nt s .  F or   a n  I oU   th r e s hol d  of   0 .5,  M obi le N e tv 1  a c hi e ve d  th e   hi ghe s t  A U C ,   r e f le c ti ng  s tr ong  pe r f or m a nc e   in   pr e c i s io n  a nd  r e c a ll .  Y e t,   in c r e a s in g  th e   I oU   th r e s hol d  c a us e s   a   dr op  in   pr e c is io n,  a s   il lu s tr a te d  in   F ig ur e s   4 ( a )   a nd  4 ( b) ,  w he r e   M obi le N e tv 1’ s   bounding  box  f a il s   to   a c c ur a te ly   e nc lo s e   th e  obj e c t  c om pa r e d t o  Y O L O v5   [ 29] .           ( a )   ( b)     F ig ur e  4.  C om pa r is on be twe e n t he  pr e di c ti on of   ( a )   M obi le ne tv 1 a nd  ( b)   Y O L O v 5  m ode ls       Y O L O v5  s ta nds   out   a s   th e   m o s t  s ta bl e   a m ong  f a s t  m ode l s ,  m a i nt a in in g  c ons is te nt   a ve r a ge   pr e c is io n  ( A P )   a c r os s   v a r yi ng  I oU   th r e s hol ds   a nd   a c c ur a te ly   s ur r ounding   th e   pe a   c r op.   I n  c ont r a s t,   M obi le N e tv 1   e xc e ls   a t  a n I oU  t hr e s hol d of  0.5 but  s tr uggl e s  w it h pr e c is e  l oc a li z a ti on a nd s uf f e r s  f r om  oc c lu s io n e r r or s , w hi c h c a n   le a d  to   pa r ts   of   th e   c r op  b e in g  e xc l ude d   f r om   th e   bounding  b ox  a nd  m is c l a s s if ie d  a s   w e e ds   in   s ubs e que nt   s e gm e nt a ti on.  T h e r e f or e ,  w he n  s e le c ti ng  a   m ode l,   it   is   im por ta nt   to   c ons id e r   bot h  de te c ti on  c a p a bi li ti e s   a nd   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J  A r ti f   I nt e ll     I S S N :   2252 - 8938       E nhanc e m e nt  of  Y O L O v 5 f or  aut om at ic  w e e d d e te c ti on t hr ough  bac k bone   …   ( M ohamm e d H abi b)   665   s ta bi li ty   a c r os s   di f f e r e nt   I oU   th r e s hol ds .  S ol ut io ns   to   im pr ove   pe r f or m a nc e   in c lu de   e xpa ndi ng  th e   bounding  box to e ns ur e  c om pl e te  c ove r a g e  or  m odi f yi ng t he  m ode l  a r c hi te c tu r e  t o e nha nc e  r e s ul ts .       5.   C O N C L U S I O N   T hi s   s tu dy  s uc c e s s f ul ly   ut il iz e d  e s ta bl is he d  C N N s   to   de ve lo p  a n  obj e c t  de te c to r   c a pa bl e   of   a c c ur a te ly   lo c a li z in g c r ops  a m id s t  w e e ds  i n r e a l - ti m e  i m a ge s . I ni t ia l  hypot he s e s  w e r e  va li da te d, a nd f in di ngs  unde r s c or e   th e   s upe r io r it y  of   m ode ls   ba s e d  on V G G ,  R e s N e t,   Y O L O v3,  a n d  Y O L O v4  in   te r m s   of   a c c ur a c y,  de s pi te   th e ir   hi gh c om put a ti ona l  de m a nds .   H o w e ve r , f or  our  a ppl ic a ti on a im in g t o i nt e gr a te  t hi s  de te c to r  i nt o a n e m b e dde d  s ys te m   c a pa bl e   of   s im ul a ti ng  m a nua l   w e e d  r e m ov a l,   s pe e d  is   c r uc ia l.   T h e   f a s t e s t  m ode l s   li ke   M obi le N e t,   Y O L O - ti ny,  a nd  Y O L O v5  pe r f or m e d  w e ll ,  w it h  s pe e d s   r a n gi ng  f r om   5  to   14  m il li s e c onds   pe r   im a g e .  M obi le N e tv 1 s how e d t he  be s t  pe r f or m a nc e , a c hi e vi ng a n A P  of  89.3%   f or  a n  I oU  t h r e s hol d of  0.5,  t hough  it s   pe r f or m a nc e   de c r e a s e s   w it h  hi ghe r   I oU   th r e s hol ds .   L ooki ng  a he a d,  our   f oc us   w il l  be   on  opt im iz in g  m ode l   a r c hi te c tu r e s ,  pa r ti c ul a r ly   e nha nc in g  M obi le N e tv 1  w it h  a dva nc e d  te c hni que s   to   a c hi e ve   e ve n  be tt e r   r e s ul t s   in   te r m s  of  a c c ur a c y a nd s p e e d.       R E F E R E N C E S   [ 1]   A .  T a nnouc he ,  K .  S ba i ,  M .  R a hm oune ,  R .  A gounoune ,  a nd   A .  R a hm a ni ,  “ R e a l   t i m e   w e e d  de t e c t i on  us i ng  a   boos t e d  c a s c a de   of   s i m pl e   f e a t ur e s ,”   I nt e r nat i onal   J our nal   of   E l e c t r i c al   and  C om put e r   E ngi ne e r i ng ,  vol .  6,  no.  6,  pp.  2755 – 2765,   2016,  doi :   10.11591/ i j e c e .v6i 6.11878.   [ 2]   A .  T a nnouc he   e t   al . ,  “ A   f a s t   a nd  e f f i c i e nt   s ha pe   de s c r i pt or   f or   a n  a dva nc e d  w e e d  t ype   c l a s s i f i c a t i on  a ppr oa c h, ”   I nt e r nat i onal   J our na l   of  E l e c t r i c al  and C om put e r  E ngi ne e r i ng , vol . 6, no. 3, pp. 1168 – 1175, 2016, do i :  10.11591/ i j e c e .v6i 3.9978.   [ 3]   H .  M oha m m e d,  A .  T a nnouc h e ,  a nd  Y .   O une j j a r ,  “ W e e d  de t e c t i on  i n  p e a   c ul t i va t i on  w i t h  t he   f a s t e r   R C N N   R e s N e t   50   c onvol ut i ona l   ne ur a l  ne t w or k,”   R e v ue  d’ I nt e l l i ge nc e  A r t i f i c i e l l e , vol . 36, no. 1, pp. 13 – 18, 2022, doi :  10.18280/ r i a .360102.   [ 4]   Y .  O une j j a r ,  A .  T a nnouc he ,  S .  S e khr a ,  a nd  M .  H a bi b,  “ O pt i m i s a t i on  of   w e e d   m a na ge m e nt   by  i m a ge   s e gm e nt a t i on  i n  pr e c i s i o n   a gr i c ul t ur e ,”   I nt e r nat i onal  J our nal  of  C om put at i onal  V i s i on and R obot i c s , vol . 1, no. 1, 2024, doi :  10.1504/ i j c vr .2024.10062366.   [ 5]   M .  H a bi b,  S .  S e khr a ,  A .  T a nnouc he ,  a nd  Y .  O une j j a r ,  “ T he   i de nt i f i c a t i on  o f   w e e ds   a nd  c r ops   us i ng  t he   popul a r   c onvol ut i ona l   ne ur a l   ne t w or ks ,”   D i gi t al  T e c hnol ogi e s  and A ppl i c at i ons , pp. 484 – 493, 2023, doi :  10.1007/ 978 - 3 - 031 - 29857 - 8_49.   [ 6]   A .  W a ng,  W .   Z ha ng,  a nd  X .   W e i ,  “ A   r e vi e w   on   w e e d  d e t e c t i on  u s i ng  gr ound - ba s e d  m a c hi ne   vi s i on  a nd   i m a ge   pr oc e s s i n g   t e c hni que s ,”   C o m put e r s  and E l e c t r oni c s  i n A gr i c ul t ur e , vol . 158, pp. 226 – 240,  2019, doi :  10.1016/ j .c om pa g.2019.02.005.   [ 7]   W . L i u, Y .  W e n,  Z . Y u, M .  L i ,  B . R a j , a nd  L . S ong,  “ S phe r e F a c e :  D e e p hype r s phe r e  e m be ddi ng f or  f a c e  r e c ogni t i on,”   2017  I E E E   C onf e r e nc e   on  C om put e r   V i s i on  and  P at t e r n  R e c ogni t i on  ( C V P R ) ,  H o nol ul u,  H I ,  U S A ,  2017,  pp.  6738 - 6746,  doi :   10.1109/ C V P R .2017.713.    [ 8]   J .  L i ,  X .  L i a ng,  S .  S he n,  T .  X u,  J .  F e ng,  a nd  S .  Y a n,  “ S c a l e - a w a r e   f a s t   R - C N N   f or   pe de s t r i a n  de t e c t i on,”   I E E E   T r ans ac t i ons   on   M ul t i m e di a , vol . 20, no. 4, pp. 985 – 996, 2018, doi :  10.1109/ T M M .2017.2759508.   [ 9]   A .  K a r pa t hy,  G .  T ode r i c i ,  S .  S he t t y,  T .  L e ung,  R .  S ukt ha nka r ,  a nd  F .  F .  L i ,  “ L a r ge - s c a l e   vi de o  c l a s s i f i c a t i on  w i t h  c onvol ut i ona l   ne ur a l  ne t w or ks ,”   P r oc e e di ngs  of  t he  I E E E  C om put e r  Soc i e t y  C onf e r e nc e  on C om put e r  V i s i on and P at t e r n R e c ogni t i on , pp.  1725 – 1732, 2014, doi :  10.1109/ C V P R .2014.223.   [ 10]   H .  S u,  X .  Z hu,  a nd  S .   G ong,  “ D e e p  l e a r ni ng  l ogo  d e t e c t i on  w i t h  da t a   e xpa n s i on by  s ynt he s i s i ng  c ont e xt ,”   P r oc e e di ng s   -   2017  I E E E   W i nt e r  C onf e r e nc e  on A ppl i c at i ons  of  C om put e r  V i s i on, W A C V  2017 , pp. 530 – 539, 2017, doi :  10.1109/ W A C V .2017.65.   [ 11]   M .  L i u,  X .  W a ng,  A .  Z hou,   X .  F u,  Y .   M a ,  a nd  C .  P i a o,  “ U a v - Y O L O :   S m a l l   obj e c t   de t e c t i on  on  unm a nne d   a e r i a l   ve hi c l e   pe r s pe c t i ve ,”   Se n s or s , vol . 20, no. 8, 2020, doi :  10.3390/ s 20082238.   [ 12]   Z .  W a ng,  L .  W u,  T .  L i ,  a nd  P .  S hi ,  “ A   s m oke   de t e c t i on  m ode l   ba s e d  on  i m pr o ve d  Y O L O v5  ,”   M at he m at i c s ,  vol .  10,  no.  7,  2022,   doi :  10.3390/ m a t h10071190.   [ 13]   H .  L i u,  F .  S un,  J .  G u,  a nd L .  D e ng, “ S F - Y O L O v5  :   a   l i ght w e i ght  s m a l l   obj e c t   de t e c t i on  a l gor i t hm   ba s e d  on  i m pr ove d  f e a t ur e   f us i o n   m ode ,”   Se ns or s , vol . 22, no. 15, 2022, doi :  10.3390/ s 22155817.   [ 14]   H .  W a ng,  S .  S ha ng,   D .  W a ng,   X .  H e ,   K .  F e ng,  a nd  H .  Z hu,  “ P l a nt   di s e a s e   de t e c t i on  a nd  c l a s s i f i c a t i on  m e t hod  ba s e d  on   t he   opt i m i z e d   l i ght w e i ght   Y O L O v5    m ode l ,”   A gr i c ul t ur e , vol . 12, no. 7, 2022, doi :  10.3390/ a gr i c ul t ur e 12070931.   [ 15]   X .  Z ha ng,  Y .  G a o,  H .   W a ng,  a nd   Q .  W a ng,   “ I m pr ove   Y O L O v3   us i ng  di l a t e d  s pa t i a l   pyr a m i d  m odul e   f or   m ul t i - s c a l e   obj e c t   de t e c t i on,”   I nt e r nat i onal  J our nal  of  A dv anc e d R obot i c  Sy s t e m s , vol . 17, no. 4,  2020, doi :  10.1177/ 1729881420936062.   [ 16]   J .  Y a o,  J .  Q i ,  J .  Z ha ng,  H .  S ha o,  J .  Y a ng,  a nd  X .  L i ,  “ A   r e a l - t i m e   de t e c t i on  a l gor i t hm   f or   ki w i f r ui t   de f e c t s   ba s e d  on  Y O L O v5 , ”   E l e c t r oni c s , vol .  10, no. 14, 2021, doi :  10.3390/ e l e c t r oni c s 10141711.   [ 17]   S .  R e n,  K .  H e ,  R .  G i r s hi c k,  a nd  J .  S un,  “ F a s t e r   R - C N N :   t ow a r ds   r e a l - t i m e   obj e c t   de t e c t i on  w i t h  r e gi on  pr opos a l   ne t w or ks ,”   I E E E   T r ans ac t i ons   on  P at t e r n  A nal y s i s   and  M ac hi ne   I nt e l l i ge nc e ,  vol .   39,  no.  6,   pp.  1137 – 1149,   2017,  do i :   10.1109/ T P A M I .2016.2577031.   [ 18]   T. - Y .  L i n,  P .   D ol l á r ,   R .  G i r s hi c k,  K .  H e ,   B .  H a r i ha r a n,  a nd   S .  B e l ongi e ,  “ F e a t ur e   pyr a m i d  ne t w or ks   f or   obj e c t   de t e c t i on,”   P r oc e e di ngs   -   2019  I E E E   I nt l   C onf   on   P ar al l e l   and   D i s t r i but e d  P r oc e s s i ng  w i t h  A ppl i c at i ons ,  B i g  D at a   and  C l oud   C om put i ng,  Sus t ai nabl e   C om put i ng  and  C om m uni c at i ons ,  Soc i al   C om put i ng  and  N e t w o r k i ng,  I SP A / B D C l oud/ Sus t ai nC om / Soc i al C om   2019 ,  pp. 1500 – 1504, D e c . 2016, doi :  10.1109/ I S P A - B D C l oud - S us t a i nC om - S oc i a l C om 48970.2019.00217.   [ 19]   J . R e dm on a nd A . F a r ha di , “ Y O L O v3:  a n i nc r e m e nt a l  i m pr ove m e nt ,”   ar X i v - C o m put e r  Sc i e nc e ,  pp. 1 - 6,  2018.   [ 20]   P .  A da r s h,  P .  R a t hi ,  a nd  M .  K um a r ,  “ Y O L O   v3 - T i ny:   ob j e c t   de t e c t i on  a nd  r e c ogni t i on  us i ng  one   s t a ge   i m pr ove d  m ode l ,”   i n  2020   6t h  I nt e r nat i onal   C onf e r e nc e   on  A dv anc e d   C om put i ng   and  C o m m uni c at i on  Sy s t e m s ,   I C A C C S   2020 ,  2020,   pp.  687 – 694,   doi :   10.1109/ I C A C C S 48705.2020.9074315.   [ 21]   C .  Y .  W a ng,  H .  Y .  M a r k  L i a o,  Y .  H .  W u,  P .  Y .  C h e n,  J .  W .  H s i e h,  a nd  I .  H .  Y e h,  “ C S P N e t :   A   ne w   ba c kbone   t h a t   c a n  e nha nc e   l e a r ni ng  c a pa bi l i t y  of   C N N ,”   I E E E   C om put e r   Soc i e t y   C onf e r e nc e   on   C om put e r   V i s i on  and   P at t e r n  R e c ogni t i on  W o r k s hop s ,  pp .   1571 – 1580, 2020, doi :  10.1109/ C V P R W 50498.2020.00203.   [ 22]   K .  H e ,  X .  Z ha ng,  S .  R e n,  a nd  J .  S un,  “ S pa t i a l   pyr a m i d  pool i ng  i n   de e p  c onvol ut i ona l   ne t w or ks   f or   vi s ua l   r e c ogni t i on,”   C om put e r   V i s i on  –   E C C V  2014 , pp. 346 – 361, 2014, doi :  10.1007/ 978 - 3 - 319 - 10578 - 9_23.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S S N :   2252 - 8938   I nt  J  A r ti f   I nt e ll ,  V ol .   14 , N o.   1 ,  F e br ua r y   2025 :  658 - 666   666   [ 23]   Z .  J i a ng,  L .  Z ha o,  S .   L i ,   a nd  Y .   J i a ,  “ R e a l - t i m e   obj e c t   d e t e c t i on  m e t hod   ba s e d  on   i m pr ove d  Y O L O v4 - t i ny,”   ar X i v - C om put e r   Sc i e nc e ,   pp. 1 - 11.   [ 24]   A .  G .  H ow a r d  e t   al . ,  “ M obi l e N e t s :   e f f i c i e nt   c onvol ut i ona l   ne ur a l   ne t w or ks   f or   m obi l e   vi s i on  a ppl i c a t i ons ,”   ar X i v - C om put e r   S c i e nc e ,   pp. 1 - 9,  2017.   [ 25]   M .  S a ndl e r ,  A .  H ow a r d,  M .  Z hu,  A .  Z hm ogi nov,  a nd  L .  C .  C he n,  “ M obi l e N e t V 2:   i nve r t e d  r e s i dua l s   a nd  l i ne a r   bot t l e ne c ks , ”   P r oc e e di ngs   of   t h e   I E E E   C om put e r   Soc i e t y   C onf e r e nc e   on   C om put e r   V i s i on  a nd  P at t e r n  R e c ogni t i on ,  pp.  4510 – 4520,  2018,   doi :   10.1109/ C V P R .2018.00474.   [ 26]   K .  H e ,  X .  Z ha ng,  S .  R e n,  a nd  J .  S un,  “ D e e p  r e s i dua l   l e a r ni ng  f or   i m a ge   r e c ogni t i on,”   P r oc e e di ngs   of   t he   I E E E   C om put e r   Soc i e t y   C onf e r e nc e  on C om put e r  V i s i on and P at t e r n R e c ogni t i on , vol . 2016 - D e c e m be r , pp. 770 – 778, 2016, doi :  10.1109/ C V P R .2016.90.   [ 27]   K .  S i m onya n  a nd  A .  Z i s s e r m a n,  “ V e r y  de e p  c onvol ut i ona l   ne t w or ks   f or   l a r ge - s c a l e   i m a ge   r e c ogni t i on,”   3 r d  I nt e r nat i onal   C onf e r e nc e  on L e ar ni ng R e pr e s e nt at i ons , I C L R  2015  -   C onf e r e nc e  T r ac k  P r oc e e di ngs , 2015.   [ 28]   “ B C E   w i t h  l ogi t s   l os s ,”   P y T or c h,   2023.   A c c e s s e d:   M a r .  04,  2023.  [ O nl i ne ] .  A va i l a bl e :   ht t ps : / / pyt or c h.or g/ doc s / m a s t e r / ge ne r a t e d/ t or c h.nn.B C E W i t hL ogi t s L o s s .ht m l   [ 29]   “ P r e c i s i on - r e c a l l ,”   Sc i k i t   L e ar n ,   2023.   A c c e s s e d:   M a r .  04,  2023.  [ O nl i ne ] .  A va i l a bl e :   ht t ps : / / s c i ki t - l e a r n.or g/ s t a bl e / a ut o_e xa m pl e s / m ode l _s e l e c t i on/ pl ot _pr e c i s i on_r e c a l l .ht m l       B I O G R A P H I E S  O F  A U T H O R S         Mohammed  Habib           is  currently   a  Ph . D .   student  at   the  Spectrometry,   Materials  and   Archeomaterials  Laboratory  (LASMAR)  Moulay  Ismail  Universit y,  Faculty  of  Scienc es ,  Meknes,  Morocco .  His   research  interests  are  focused  in  computer  vi sion,  deep  learning,   and   robotics  and  their  application   in   agriculture.   He  can   be   contacted  at  email:   moh.habib@edu.umi.ac.ma .         Salma  Sekhra           is  currently   a  Ph . D .   student  at   the  Spectrometry,   Materials  and   Archeomaterials  Laboratory  (LASMAR) ,   Moulay  Ismail  Universit y,  Faculty  of  Scienc es ,  Meknes,  Morocco .  Her   research  interests  are  focused  in  computer  vi sio n,  deep  learning  and  their  applicati on in ag ri - food field.   She   can be cont acted at em ail:  sekhrasalma3@gmail.com .         Pr.  Adil  Tannouche           is  a  professor  at  the  Higher  School   of  Technolog y,  Béni  Mellal,  Sultan  Moulay  Slimane  University,   Morocco.  He  received   his  P h . D .   in  electronics  and   embedded  s ystems  from  Moulay  Ismail  University,  Mèknes ,  Mor occo.  He  is  member  of  Laboratory  of  Engineering   and  Applied   Technologies  and   his  researc h  area  includes   machine   vision,  artificial  intelligence,  and  applications  in  the  field  of  pr ecision  agriculture  and   agroindus try.  He can be contacted at email:  tannouche @ gmail.com .         Pr.  Youssef  Ounejjar           was  born  in  Meknes,  Morocco,  in  1971.   H e  received  the  B.Ing.  and  M.S.  degrees   in  electrical   engineering  from   the  Ecole  Nation ale  d' Ingénieurs   de   Sfax,   Sfax,  Tunisia,  in  1996  and  1998,  respectively,  and  the   Ph.D.  degree  in  electrical  engineering  from  the  École   de  Technologie   Supérieure,  Montréal,   QC,  Canada,   in  2 011.  His  current   research   interests  are  the  multilevel  power  converte rs.  He   is  Associate  Profess or  at  the  Moulay  Ismail   University, Meknes , Morocco. He can be contacted at em ail: ounejjar@ gmail.com .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.