Método para classificação de padrões da Lagarta do cartucho (Spodoptera frugiperda) na cultura do milho baseado em processamento de imagens digitais e aprendizado de máquina

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2021
Autor(a) principal: Bertolla, Alex Bisetto
Orientador(a): Cruvinel, Paulo Estevão lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação - PPGCC
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/15648
Resumo: The detection, identification, and control of the Fall Armyworm (Spodoptera frugperda) pest into the maize culture (Zea mays) are greatly dependent on the human factor. Currently, such control occurs mainly through the use of capture traps. This makes the diagnosis of infestations of this pest inefficient and can cause significant damage to production, as well as in general some additional use of pesticides. The objective of this research is to use image and signal processing techniques to establish a method for recognizing the Fall Armyworm (Spodoptera frugperda) pattern in maize culture, allowing its early, reliable and supervised recognition, which improves the state of art of controller procedments in order to obtain an automatized process. Image aquisition, image enhancement, segmentation, features extraction, the use of Principal Components Analisys (PCA) and superviosioned classification techniques were considered for the method development. For image aquisition, it has been used an online image data base. For image enhancement, Gaussiam and Non-Local Means filters were experimented for noise reduction. Mean Square Error (MSE) and Peak Signal-to-Noise Ratio (PSNR) were measured for filters avaliation. For semgmentation process, thresholding with seed pixels were experimented on HSV and CIE L*a*b* color spaces. In order to automatize, Otsu technique was applied in the process of image segmentation. For feature extraction, Histogram of Orientation Gradient (HOG) and invariants moments of Hu were experimentd, in order to obtain texture and geometric information, respectively, as well as, for feature vector dimensionality reduction Princial Components Analisys (PCA) were experimented. For pattern classification of Fall Armyworm (Spodoptera frugperda) a set of classifiers based on Support Verctor Machine (SVM) was established. The developed method has shown to be suitable for Fall Armyworm (Spodoptera frugperda) pattern classification, wich has contributed to the porpouse of decision making for pest identification and control on maize culture. The method has also contributed to the evolution of digital image processing techniques and analisys tools.
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This makes the diagnosis of infestations of this pest inefficient and can cause significant damage to production, as well as in general some additional use of pesticides. The objective of this research is to use image and signal processing techniques to establish a method for recognizing the Fall Armyworm (Spodoptera frugperda) pattern in maize culture, allowing its early, reliable and supervised recognition, which improves the state of art of controller procedments in order to obtain an automatized process. Image aquisition, image enhancement, segmentation, features extraction, the use of Principal Components Analisys (PCA) and superviosioned classification techniques were considered for the method development. For image aquisition, it has been used an online image data base. For image enhancement, Gaussiam and Non-Local Means filters were experimented for noise reduction. Mean Square Error (MSE) and Peak Signal-to-Noise Ratio (PSNR) were measured for filters avaliation. For semgmentation process, thresholding with seed pixels were experimented on HSV and CIE L*a*b* color spaces. In order to automatize, Otsu technique was applied in the process of image segmentation. For feature extraction, Histogram of Orientation Gradient (HOG) and invariants moments of Hu were experimentd, in order to obtain texture and geometric information, respectively, as well as, for feature vector dimensionality reduction Princial Components Analisys (PCA) were experimented. For pattern classification of Fall Armyworm (Spodoptera frugperda) a set of classifiers based on Support Verctor Machine (SVM) was established. The developed method has shown to be suitable for Fall Armyworm (Spodoptera frugperda) pattern classification, wich has contributed to the porpouse of decision making for pest identification and control on maize culture. The method has also contributed to the evolution of digital image processing techniques and analisys tools.A detecção, identificação e combate à Lagarta do cartucho (Spodoptera frugperda) na cultura do milho (Zea mays) depende muito do fator humano. Atualmente, o controle ocorre principalmente por meio de armadilhas de captura. Isso faz com que o diagnóstico de infestações dessa praga seja pouco eficiente, podendo ocasionar significativos prejuízos à produção, assim como o uso excessivo de agrotóxicos. Este trabalho apresenta um método para seu controle com base no uso de técnicas do processamento de imagens e sinais para reconhecimento de padrões da Lagarta do Cartucho na cultura do milho, permitindo assim, seu reconhecimento precoce, confiável e supervisionado. Seu emprego melhora o estado da arte dos procedimentos de controle para se chegar à possibilidade de automatização. Para o desenvolvimento do método foram consideradas técnicas de obtenção de imagens, pré-processamento, segmentação, extração de características, uso da técnica PCA e classificação supervisionada. Para a etapa de aquisição de imagens, foi utilizado banco de imagens online . Para a etapa de pré-processamento, foram avaliados filtros Gaussiano e Non-local Means para a suavização de ruídos. As métricas Erro Quadrado Médio (Mean Square Error - MSE) e Pico da Razão Sinal-Ruído (Peak Sigtal-to-Noise Ratio - PSNR) foram utilizadas para a validação do processo de filtragem de imagens. Para a etapa de segmentação de imagens, foram avaliadas técnicas de limiarização e pixels sementes por meio do padrão de cores HSV ( Hue, Saturation e Value) e CIE L*a*b*. Foi também estabelecido a automatização do processo de segmentação das imagens utilizando a técnica de Otsu. Para a etapa de extração de características, foram aplicados e considerados os descritores de textura (Histogram of Orientation Gradient - HOG), de momentos invariantes de Hu, para a obtenção de descrição de formas e tamanhos, assim como a redução de dimensionalidade dos vetores de características por meio da Análise de Componentes Principais (Principal Component Analysis - PCA). Para a classificação dos padrões da Lagarta do Cartucho foi estabelecido um conjunto de classificadores baseados em Máquinas de Vetores de Suporte (Support Vector Machine - SVM). O método desenvolvido se mostrou adequado para a classificação dos padrões da Lagarta do Cartucho (Spodoptera frugperda), o que contribui para o auxílio à tomada de decisão na identificação dessa praga na cultura do milho e seu controle. O método também contribui para a evolução das técnicas e ferramentas de análise, obtidas a partir de técnicas do processamento de imagens digitais.Não recebi financiamentoporUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência da Computação - PPGCCUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessProcessamento de imagens digitaisReconhecimento de padrõesClassificação de padrões de pragasAprendizado de máquinaDigital image processingPattern recognitionPests classificationMachine learningCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAOMétodo para classificação de padrões da Lagarta do cartucho (Spodoptera frugiperda) na cultura do milho baseado em processamento de imagens digitais e aprendizado de máquinaClassification method for Armyworm (Spodoptera frugiperda) pattern recognition in maize culture based on digital image processing and machine learninginfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis600600d6a8fce8-6aad-4994-aa24-bf1c60ccbaccreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/f59858d1-1b9e-4653-a511-a418873d2015/downloade39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD54falseAnonymousREADORIGINALDissertecaoDeMestrado_AlexBisettoBertolla.pdfDissertecaoDeMestrado_AlexBisettoBertolla.pdfDissertação de Mestradoapplication/pdf16497728https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/51658f26-ecfa-402c-b05c-7613dd9cedc3/download035cf66edaf9a1c3c9088597e3d0a433MD51trueAnonymousREADcarta_comprovante_versao_final.pdfcarta_comprovante_versao_final.pdfCarta de autorização de publicação assinada pelo orientadorapplication/pdf549651https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/eee96649-20c9-4049-b0f6-b03aae010f4e/downloadd58af31b0a6a99c26c5edd7a8c099fbdMD53falseTEXTDissertecaoDeMestrado_AlexBisettoBertolla.pdf.txtDissertecaoDeMestrado_AlexBisettoBertolla.pdf.txtExtracted texttext/plain252150https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/adc119d6-522d-4703-97be-7aed56923516/download19041c149fe80d5e632fc3a9812ac88eMD55falseAnonymousREADcarta_comprovante_versao_final.pdf.txtcarta_comprovante_versao_final.pdf.txtExtracted texttext/plain1406https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/dbf205c1-41a7-4536-afca-1e6d2fa4dd61/downloade7e45e235b2802560b1e7ec3066c5390MD57falseTHUMBNAILDissertecaoDeMestrado_AlexBisettoBertolla.pdf.jpgDissertecaoDeMestrado_AlexBisettoBertolla.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg9283https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/93cdcdbc-5840-421d-b54d-8079450c32bd/download09516efb6a00fad264db6686b5bfaf3dMD56falseAnonymousREADcarta_comprovante_versao_final.pdf.jpgcarta_comprovante_versao_final.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg12970https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/32211178-e09f-42f6-9f6d-57dcc8918e9c/download05bd38f5e7fe8b6ce2ea30bc9870b567MD58false20.500.14289/156482025-02-05 20:55:06.106http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/15648https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-05T23:55:06Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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