Swin Transformer V2 para clasificación de café lojano

Abstract

This study presents a binary classification model for green coffee beans of the Arabica variety from the Loja region in Ecuador, based on the Swin Transformer V2 architecture. Two datasets were used, the public USK-COFFEE dataset of Indonesian origin and a proprietary dataset captured under controlled conditions. Two training strategies were evaluated: sequential transfer learning and unified training, with the latter achieving a validation accuracy of 98.30%. After hyperparameter optimization, the model reached 100% accuracy on a test set of 150 images and 93% accuracy on an external generalization set of 400 images with varying lighting conditions and backgrounds. Model interpretability was validated using Grad-CAM, demonstrating that the network focuses on actual defective regions rather than background information. An ablation analysis revealed that performance degradation in unconstrained scenarios is mainly due to sensitivity to noise and extreme lighting conditions. The main contributions of this work include the creation of a specialized dataset for Arabica green coffee from Loja and the development of an efficient model for its automatic classification.Esta investigación presenta un modelo de clasificación binaria para granos de café verde de la variedad arábico procedentes de la región de Loja, Ecuador, basado en la arquitectura Swin Transformer V2. Se emplearon dos fuentes de datos, el conjunto de datos público USK-Coffee, de origen indonesio, y un conjunto de datos propio capturado bajo condiciones controladas. Se evaluaron dos estrategias de entrenamiento: transferencia secuencial y entrenamiento unificado, siendo este último el que alcanzó una precisión de validación del 98,30 %. Tras la optimización de hiperparámetros, el modelo logró una precisión del 100 % en un conjunto de prueba de 150 imágenes y del 93 % en un conjunto de generalización externo de 400 imágenes con condiciones variables de iluminación y fondo. La interpretabilidad del modelo se validó mediante Grad-CAM, evidenciando que la red enfoca su atención en zonas defectuosas reales. Un análisis de ablación mostró que la disminución de rendimiento en escenarios no controlados se debe principalmente a la sensibilidad al ruido y a la iluminación extrema. Como principales aportes, se destaca la creación de un conjunto de datos especializado y un modelo eficiente para la clasificación automática de café verde arábico