شناسایی زنجرک پسته (Hem.: Cicadellidae) Idiocerus stali با استفاده از پردازش تصویر و شبکه‌های عصبی مصنوعی

ماشین های کشاورزی

مقاله 1، دوره 12، شماره 2 - شماره پیاپی 24، تیر 1401، صفحه 107-118   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jam.v12i2.81004

نویسندگان

زینب عزیزپور¹؛ حسنعلی واحدی¹؛ علی نجات لرستانی^{* 2}

¹گروه گیاهپزشکی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

²گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

چکیده

استراتژی مدیریت تلفیقی آفات (IPM)، به پایش پیوسته جمعیت آفات وابسته است، این کار نه تنها زمان‌بر است، بلکه وابستگی زیادی به داوری انسان دارد و پر هزینه نیز می‌باشد. استفاده از روش‌های هوش مصنوعی به جای تصمیم‌گیری‌های دستی و انسانی، علاوه بر این که سبب افزایش بهره‌وری می‌گردد، از دقت بالایی نیز برخوردار است. پسته، یک محصول تجاری است و هر ساله خسارت زیادی توسط حشرات به تولیدکنندگان این محصول وارد می‌شود. گروهی از آفات پسته عمدتاً از میوه پسته تغذیه می‌کنند، که از این گروه زنجرک پسته، دارای اهمیت زیادی می‌باشد. در این تحقیق زنجرک پسته به‌عنوان حشره هدف جهت شناسایی انتخاب شد. برای جمع‌آوری نمونه‌ها از کارت‌های زرد چسبنده استفاده شد. 357 خصوصیت رنگی و 20خصوصیت شکلی برای شناسایی زنجرک پسته به‌وسیله الگوریتم پردازش تصویر استخراج شد. خصوصیات رنگی به دو دسته‌ی خصوصیات مربوط ‌به میانگین و انحراف‌معیار و خصوصیات مربوط ‌به شاخص‌های سبزی تقسیم شدند. از 17 فضای رنگی مختلف مثل RGB، HSV و غیره برای استخراج خصوصیات و از روش هیبرید شبکه عصبی مصنوعی-الگوریتم بهینه‌سازی ازدحام ذرات (ANN-PSO) برای انتخاب خصوصیات مؤثر استفاده گردید. خصوصیات مؤثر انتخابی جهت طبقه‌بندی حشرات عبارتند از: شاخص رنگی برای پوشش گیاهی استخراجی مربوط به فضای رنگی HSL، شاخص تفاضل نرمال شده مربوط به فضای رنگی LCH، کانال خاکستری مربوط به فضای رنگی YCbCr، شاخص مؤلفه دوم منهای مؤلفه سوم مربوط به فضای رنگی YCbCr، مساحت و میانگین مؤلفه های اول، دوم و سوم فضای رنگی Luv. نرخ شناسایی الگوریتم پردازش تصویر طراحی شده، 99.72درصد کل اشیا (زنجرک پسته، سوسک چوب‌خوار قرمز پسته و سایر حشره‌های غیر هدف و متفرقه) می‌باشد. شبکه‌های عصبی مصنوعی، توانایی طبقه‌بندی حشرات به سه کلاس (زنجرک پسته، سوسک چوب‌خوار قرمز پسته و سایر حشره‌های غیر هدف و متفرقه) و دو کلاس (زنجرک پسته و سوسک چوب‌خوار قرمز پسته) به‌ترتیب با دقت 91.53 و 99.59 درصد را دارند.

کلیدواژه‌ها

پردازش تصویر؛ زنجرک پسته؛ شبکه عصبی مصنوعی؛ شناسایی

مراجع

1. Baiocchi, D. 2013. The Anthaxia (Anthaxia) manca (Linnaeus, 1767) species-group in Iran, with description of a new species and a new synonymy (Coleoptera: Buprestidae). Zootaxa 3616: 455-481.
2. Barbedo, J. G. A. 2014. Using digital image processing for counting whiteflies on soybean leaves. Journal of Asia-Pacific Entomology 17: 685-694.
3. Boissard, P., V. Martin, and S. Moisan. 2008. A cognitive vision approach to early pest detection in greenhouse crops. Computers and Electronics in Agriculture 62: 81-93.
4. Cho, J., J. Choi, M. Qiao, C.-W. Ji, H.-Y. Kim, K.-B. Uhm, and T.-S. Chon. 2007. Automatic identification of whiteflies, aphids and thrips in greenhouse based on image analysis. International Journal of Mathematics and Computers in Simulation 7 (1): 46-53.
5. Espinoza, K., D. L. Valera, J. A. Torres, A. López, and F. D. Molina-Aiz. 2016. Combination of image processing and artificial neural networks as a novel approach for the identification of Bemisia tabaci and Frankliniella occidentalis on sticky traps in greenhouse agriculture. Computers and Electronics in Agriculture 127: 495-505.
6. FAO. 2017. Food and agriculture organization of the United Nations. Retrieved May 16, 2019; Available at: http://fao.org/faostat/en/#data.
7. Ghaiwat, S. N. and P. Arora. 2014. Detection and classification of plant leaf diseases using image processing techniques: A review. International Journal of Recent Advances in Engineering and Technology 2 (3): 1-7.
8. Gonzalez, R. C., and R. E. Woods. 2018. Digital Image Processing, 4th ed. Pearson, 1306 pp., New York, USA.
9. Gonzalez, R. C., R. E. Woods, and S. L. Eddins. 2004. Digital Image Processing Using MATLAB, (Second ed.).USA. New Jersey: Pearson Prentice Hall.
10. Heidari, A., and J. Amiri Parian. 2019. Identification and Counting of Two Important Greenhouse Pests by Image Processing, Case Study: Whitefly and Thrips. Journal of Agricultural Machinery 9 (2): 309-320. (In Persian).
11. Jalilvand, N. and S. Kashani-Zadeh. 2013. Study on the Biology of Idiocerus stali in Qazvin Climate. Agricultural Research and Natural Resources Journal 3 (15): 22-30. (In Persian).
12. Karbasi, A. R., and A. H. Taohidi. 2015. Factors Affecting Iranian Pistachio Export. Agricultural Economics Research 7 (1): 91-112. (In Persian).
13. Kazmi, W., F. J. Garcia-Ruiz, J. Nielsen, J. Rasmussen, and H. J. Andersen. 2015. Detecting creeping thistle in sugar beet fields using vegetation indices. Computers and Electronics in Agriculture 112: 10-19.
14. Kennedy, J., and R. Eberhart. 1995. Particle Swarm Optimization, 1942-1948 pp., Proceedings of the International Conference on Neural Networks, 27 Nov-1 Dec. 1995, Perth, Australia.
15. Kia, M. 2009. Neural Networks, (Second ed.) Tehran, Iran: Kian Rayaneh Sabz Publisher. 232 pp. (In Persian).
16. Mehrnejad, M. R. 2001. The current status of pistachio pests in Iran. In: Proceedings of the XI GREMPA Seminar on Pistachios and Almonds. (Cahiers Options Méditerranéennes; n. 56). Zaragoza: CIHEAM. 315-322. Retrieved November 21, Available at: http://om.ciheam.org/option.php?IDOM=769.
17. Modarres Awal, M. 2009. Classification of insects, (1st ed.). Mashhad, Iran: Ferdowsi University Publisher. (In Persian).
18. Mozaffarian, F., and M. R. Wilson. 2016. A checklist of the leafhoppers of Iran (Hemiptera: Auchenorrhyncha: Cicadellidae). Zootaxa, 4062 (1): 1-63.
19. Panduranga Vitala, T., G. S. V. Prasada Rajub, K. Sreeramamurthy, and V. P. Venkata Charan. 2015. A Probabilistic Neural Network Approach for Classification of Datasets Collected From North Coastal Districts of AP, India Using MatLab 715-721 pp., Proceedings of the International Conference on Computer, Communication and Convergence (ICCC 2015), Odisha, India.
20. Qiao, M., J. Lim, C. W. Ji, B. K. Chung, H. Y. Kim, K. B. Uhm, C. S. Myung, J. Cho, T. S. Chon, D. Herák, A. K., A. Sedláček, and G. Gűrdil. 2008. Density estimation of Bemisia tabaci (Hemiptera: Aleyrodidae) in a greenhouse using sticky traps in conjunction with an image processing system. Journal of Asia-Pacific Entomology 11: 25-29.
21. Šimundić, A. M. 2009. Measures of Diagnostic Accuracy: Basic Definitions. The Journal of the International Federation of Clinical Chemistry and Laboratory Medicine (EJIFCC) 19: 203-211.
22. Solomon, C., and T. Breckon. 2011. Fundamentals of Digital Image Processing. (First ed.). West Sussex, UK: John Wiley & Sons, Ltd, Publication, 328 pp.
23. Wisaeng, K. 2013. A Comparison of Decision Tree Algorithms for UCI Repository Classification. International Journal of Engineering Trends and Technology (IJETT) 4: 3393-3397.