Бақшалардағы ағаштардағы гүл шоғырларының ішіндегі алма патшасының гүлдерін анықтауға және анықтауға қабілетті машиналық көру жүйесін Пенн Стейт зерттеушілері роботтандырылған тозаңдандыру жүйесін дамытудағы маңызды алғашқы қадам - бірінші зерттеуде ойлап тапты. .
Алма гүлдері бұтақтарға бекітілген төрт-алты гүлден тұратын топтарда өседі, ал орталық гүл патша гүлі деп аталады. Бұл гүл шоғырда бірінші ашылады және әдетте ең үлкен жемісті өсіреді. Зерттеуші Лонг Хэнің айтуынша, бұл роботты тозаңдандыру жүйесінің негізгі мақсаты болып табылады. биологиялық инженерия.
Алма өнімділігі үшін жәндіктердің тозаңдануы дәстүрлі түрде қолданылған. Дегенмен, дәлелдемелер үй араларынан да, жабайы тозаңдандырушылардан да тозаңдандыру қызметтері өсіп келе жатқан талаптарға сәйкес келмейтінін көрсетеді, деді ол. байланысты колонияның ыдырауының бұзылуы, дүние жүзіндегі бал аралары қорқынышты қарқынмен өліп жатыр. Нәтижесінде өндірушілер тозаңдандырудың балама әдістерін қажет етеді.
Бұл зерттеу ауылшаруашылық ғылымдары колледжіндегі He's зерттеу тобы жүргізген соңғы зерттеу, ол саңырауқұлақтарды жинау, алма ағаштарын кесу және жасыл жемістерді жұқарту сияқты еңбекті көп қажет ететін ауыл шаруашылығы тапсырмаларын орындау үшін роботтық жүйелерді жасауға арналған. Бұл жобаның негізгі мақсаты, деп түсіндірді ол, ағаш қалқаларындағы патша гүлдерін дәл анықтап, орнын таба алатын терең оқуға негізделген көру жүйесін дамыту.
«Біз бұл нәтиже роботтық тозаңдандыру жүйесі үшін бастапқы ақпаратты береді деп ойлаймыз, бұл жоғары сапалы жемістердің өнімділігін арттыру үшін алманың тиімді және қайталанатын тозаңдануына әкеледі», - деді ол. «Пенсильванияда біз әлі де алма дақылдарын тозаңдандыру үшін араларға сене аламыз, бірақ аралардың қырылуы ауыр болған басқа аймақтарда өсірушілер бұл технологияны кешіктірмей қажет етуі мүмкін».
Ауылшаруашылық биологиялық инженерия кафедрасының докторанты Синян Му патша гүлдерін зерттеуге мұрындық болды. Му басқа нысандармен ішінара жасырылған нысандарды анықтау үшін пиксель деңгейінде сегменттеуді орындайтын танымал терең оқытуға арналған компьютерлік бағдарламаны пайдаланды.
Mask R-CNN негізіндегі анықтау үлгісін жасау үшін ол алма гүлінің шоғырының жүздеген фотосуреттерін түсірді. Содан кейін ол алма гүлінің кескіндерінің шикізат деректер жинағынан патша гүлдерін анықтау және орналастыру үшін патша гүлдерін сегменттеу алгоритмін жасады. Зерттеу Пенн штатының Биглервиллдегі жемістерді зерттеу және кеңейту орталығында жүргізілді.
Гала және бал қытырлақ алма сынау үшін сорттар таңдалды. Сынақ ағаштары 2014 жылы ағаш аралығы шамамен 5 фут (Гала) және 6 1/2 фут (Honeycrisp) отырғызылды. Бұл ағаштар орташа биіктігі шамамен 13 фут болатын биік шпиндельді шатыр сәулетінде оқытылды. Камерасы бар суретті алу жүйесі ағаш қатарлары арасында маневр жасайтын қызметтік көлікке орнатылды.
Король гүлдерінің орнын табу үшін машиналық көру жүйесін үйрету қиын болды, деп атап өтті Му, өйткені олар шоғырлардағы бүйірлік гүлдермен бірдей өлшемде, түсте және пішінде, ал король гүлдері орталық орналасуына байланысты әдетте айналадағы гүлдермен жабылады.
Mask R-CNN моделін оқытуға арналған трансферттік оқыту талаптарын орындау үшін өңделмеген кескіндер алдын ала анықталған екі сыныпта белгіленді: жеке гүлдер және жабылған гүлдер. Дәлдікті арттыру үшін оқу деректер жинағы деректерді көбейту тәсілдерін қолдану арқылы төрт есе үлкейтілді, деп түсіндірді Му.
«Патша гүлдерін бүйірлік гүлдерден ажырату үшін әрбір гүл шоғырындағы ең орталық гүл мақсатты немесе локализацияланған», - деді ол. «Көру жүйесі гүлдердің тығыздығын екі өлшемді картаға түсіру әдісіне негізделген гүлдер шоғырларын автоматты түрде бөлек орналастырды. Әрбір анықталған гүл шоғырының ішінде ең ортасында орналасқан гүл немесе маска мақсатты патша гүлі ретінде анықталды».
Жақында жарияланған қорытындыларда Ақылды ауылшаруашылық технологиясы, зерттеушілер Му алгоритмінен алынған патша гүлдерін анықтау дәлдігінің жоғары деңгейін хабарлады. Патша гүлдерін көзбен анықтайтын зерттеушілер қолмен жүргізген өлшеулермен салыстырғанда (зерттеушілер жердегі ақиқат өлшемдері деп атайды) машина арқылы көру патша гүлін анықтау дәлдігі 98.7%-дан 65.6%-ға дейін өзгерді.