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Accès ouvert déclaré 2025 article

Breaking the limitations of scenes and sensors variability: A novel unsupervised domain adaptive instance segmentation framework for agricultural field extraction

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2Pays d’affiliation déclarés

Rattachement africain : cn, us. Niveau de preuve : code pays fourni par la source.

Le résumé fourni par la source

Extraction of agricultural field parcels is of great importance for agricultural condition monitoring, farm management, and food security. Several methods have been developed to map the distribution of agricultural field parcels, among which deep learning-based supervised learning is increasingly employed. Nevertheless, advanced deep learning models face two major limitations: limited ability to generalize across different spatial,temporal and sensor contexts with varying scene and object characteristics, and high requirement for annotated datasets to support training and validation. To address this challenge, we introduce a novel unsupervised domain adaptation (UDA) framework (UDA-Field Teacher, UDA-FT) for agricultural field parcel instance segmentation, which is designed to transfer knowledge from labeled source domains to unlabeled target domains. UDA-FT is based on the Mask R-CNN framework and incorporates a target-oriented teacher model and a cross-domain student model. This cross-domain student model embeds an image adaptation module and an instance adaptation module, employing adversarial learning strategies to mitigate cross-domain distribution differences. Additionally, we propose a consistency mutual learning module based on soft pseudo-label technology, overcoming the limitations of traditional hard pseudo-labeling in confidence threshold selection and improving model robustness in the target domain. Furthermore, to address the difficulty in generating independent instance labels for densely packed agricultural field parcels and capturing spatial contextual relationships during soft pseudo-label generation, we propose two data augmentation methods, namely CutMatch (CM) and LeakyMask (LM). We adopted the proposed framework on cross-scene and cross-sensor datasets to evaluate its effectiveness and robustness under different scenes. Quantification and visualization results demonstrate our UDA-FT outperforms existing domain adaptation methods for cross-scene and cross-sensor agricultural field parcels across all metrics. Ablation studies highlight the substantial impact of strong data augmentation on model performance, emphasizing the importance of learning from out-of-distribution data. As an innovative application of unsupervised domain adaptation in agricultural field parcel instance segmentation, this research provides a novel method for domain shift in agricultural remote sensing imagery, enabling more accurate field instance segmentation with significant implications for global agriculture.

Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.

Le contrôle bibliographique ouvert

DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.

Titre Crossref
Breaking the limitations of scenes and sensors variability: A novel unsupervised domain adaptive instance segmentation framework for agricultural field extraction
Date Crossref
01/12/2025
Éditeur
Elsevier BV
Type
journal-article

Ce recoupement confirme des métadonnées liées au DOI. Il ne confirme ni la méthode ni les conclusions de l’étude, et il ne compte pas comme une seconde source scientifique indépendante.

Où se fait cette recherche

  • Nanjing University pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • Lawrence Berkeley National Laboratory Climate and Ecosystem Sciences Division pays non établi dans la notice
    Structure de recherche
  • Yangzhou University pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • Chinese Academy of Sciences pays non établi dans la notice
    Organisme public
  • Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research pays non établi dans la notice
    Structure de recherche
  • School of Geography and Ocean Science pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • College of Hydraulic Science and Engineering pays non établi dans la notice
    Université ou école supérieure
  • State Key Laboratory of Resources and Environmental Information System pays non établi dans la notice
    Structure de recherche

Nanjing University, Climate and Ecosystem Sciences Division — Lawrence Berkeley National Laboratory et Yangzhou University, avec 5 autres affiliations.

Une affiliation ne permet pas de déduire la nationalité d’un auteur.

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