AI Summary & Key Takeaways
AI InsightYOLOv9s achieved the best overall performance with the highest precision (0.867), F1-score (0.824), and mAP50 (0.889).
📌 3 Key Takeaways
Abstract
Accurate detection and counting of microalgae species are essential for biomass monitoring, contamination control, and smart cultivation management in biotechnology applications. However, automated analysis of microscopy images remains challenging because of dense cell distributions, small object sizes, low-contrast boundaries, and inter-class visual similarity. This study presents a two-stage deep learning framework for multi-class microalgae detection using recent YOLO architectures. In the first stage, five preprocessing pipelines were comparatively evaluated using YOLOv8s to determine an effective image enhancement strategy; LAB color space conversion combined with CLAHE and sharpening visibly improved cell boundary definition. In the second stage, the selected preprocessing configuration was fixed and four lightweight detectors (YOLOv8s, YOLOv9s, YOLOv10s, and YOLOv11s) were benchmarked under identical training conditions. YOLOv9s achieved the best overall performance with the highest precision (0.867), F1-score (0.824), and mAP50 (0.889). The findings indicate that detector architecture and preprocessing strategy jointly influence microscopic algae detection performance, and that model recency alone does not guarantee superior results.
Özet
Biyoteknoloji uygulamalarında biyokütle izleme, kontaminasyon kontrolü ve akıllı kültür yönetimi açısından mikroalg türlerinin doğru tespiti ve sayımı büyük önem taşımaktadır. Ancak yoğun hücre dağılımları, küçük nesne boyutları, düşük kontrastlı sınırlar ve sınıflar arası görsel benzerlik nedeniyle mikroskopi görüntülerinin otomatik analizi zorlu olmaya devam etmektedir. Bu çalışmada, güncel YOLO mimarileri kullanılarak çok sınıflı mikroalg tespiti için iki aşamalı bir derin öğrenme çerçevesi sunulmaktadır. Birinci aşamada, etkili bir görüntü iyileştirme stratejisi belirlemek amacıyla beş farklı ön işleme hattı YOLOv8s kullanılarak karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiş; LAB renk uzayı dönüşümü ile CLAHE ve keskinleştirme uygulaması hücre sınırlarını belirgin biçimde iyileştirmiştir. İkinci aşamada seçilen ön işleme yapılandırması sabit tutulmuş ve dört hafif dedektör (YOLOv8s, YOLOv9s, YOLOv10s ve YOLOv11s) aynı eğitim koşulları altında kıyaslanmıştır. YOLOv9s, en yüksek kesinlik (0.867), F1 skoru (0.824) ve mAP50 (0.889) değerleriyle genel en iyi performansı elde etmiştir. Bulgular, dedektör mimarisi ile ön işleme stratejisinin birlikte belirleyici olduğunu ve daha yeni mimari nesillerin her zaman üstün sonuç vermediğini ortaya koymaktadır.