Sistema de visão e inteligência computacional em ambiente de nuvem para gestão de risco da ferrugem asiática na cultura da soja

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Neves, Ricardo Alexandre
Orientador(a): Cruvinel, Paulo Estevão lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
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/20.500.14289/20311
Resumo: Controlling Asian Soybean Rust (Phakopsora pachyrhizi) in soybeans (Glycine max (L.) Merril) often requires high fungicide use, which can lead to resistance. Thus, new control solutions are needed for mitigation. This work presents an intelligent computer vision system for assessing the presence and severity of this disease in crop areas. It involves pattern recognition and machine learning techniques, enabling diagnostic actions for prognosis and control. It considers a decision-support model using random variables related to climate, plants, and characteristics recognized in digital images of monitored soybean leaves. For feature extraction, it uses scale-invariant feature transform, histogram of oriented gradients, and Hu’s invariant moments techniques. It uses cloud-based computational infrastructure and intelligent network processing, as well as principal component analysis for dimensionality reduction of features classified by support vector machines. Additionally, a hidden Markov model is used to fuse random variables, offering robustness, effectiveness, and efficiency, as confirmed by expert cross-correlation. To evaluate data quality at various system stages, metric sets such as peak signal-to-noise ratio, mean squared error, structural similarity index, missing values, accuracy, precision, F1-score, and recall are considered. This solution prevents and reduces fungicide use, enhancing production and guiding future early spatio-temporal monitoring of the disease on an agricultural scale.
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It involves pattern recognition and machine learning techniques, enabling diagnostic actions for prognosis and control. It considers a decision-support model using random variables related to climate, plants, and characteristics recognized in digital images of monitored soybean leaves. For feature extraction, it uses scale-invariant feature transform, histogram of oriented gradients, and Hu’s invariant moments techniques. It uses cloud-based computational infrastructure and intelligent network processing, as well as principal component analysis for dimensionality reduction of features classified by support vector machines. Additionally, a hidden Markov model is used to fuse random variables, offering robustness, effectiveness, and efficiency, as confirmed by expert cross-correlation. To evaluate data quality at various system stages, metric sets such as peak signal-to-noise ratio, mean squared error, structural similarity index, missing values, accuracy, precision, F1-score, and recall are considered. This solution prevents and reduces fungicide use, enhancing production and guiding future early spatio-temporal monitoring of the disease on an agricultural scale.O controle da Ferrugem Asiática (Phakopsora pachyrhizi) da soja (Glycine max (L.) Merril) requer alto uso de fungicidas, o que pode gerar resistência. Logo, novas soluções de controle têm sido requeridas para sua mitigação. Este trabalho apresenta um sistema de inteligência e visão computacional para a avaliação da presença ou não desta doença em área de cultura e estágio de severidade. Envolve o uso de técnicas de reconhecimento de padrões e aprendizado de máquina, viabilizando ações de diagnóstico para prognósticos e controle. Considera um modelo de suporte à decisão que utiliza variáveis aleatórias relacionadas ao clima, às plantas e às características de padrões reconhecidos em imagens digitais de folhas da soja sob monitoramento. Para a extração de características utiliza as técnicas de transformada de características invariantes à escala, histograma de gradientes orientados e momentos invariantes de Hu. Faz uso de infraestrutura computacional em ambiente de nuvem e processamento baseado em redes inteligentes, bem como técnica de análise de componentes principais na etapa de redução da dimensionalidade das características que são classificadas por máquina de vetor de suporte. Adicionalmente, considera o modelo baseado no uso de cadeias ocultas de Markov, que é dedicado à fusão do conjunto das variáveis aleatórias, oferecendo robustez, eficácia e eficiência, conforme resultados validados por correlação cruzada com respostas de especialistas. Para a avaliação da qualidade dos dados, nas diversas etapas do sistema, são ainda considerados conjuntos de métricas, tais como razão sinal-ruído de pico, erro médio quadrático, índice de similaridade estrutural, valores ausentes, acurácia, precisão, F1-score e revocação. A solução desenvolvida oferece prevenção e minimização do uso de fungicidas, agregando valor ao processo produtivo e orientando o futuro monitoramento espaço-temporal precoce da doença em escala agrícola.Recebi financiamento: Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP), Processo 17/19350-2.porUniversidade 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 imagensAprendizado de máquinaSuporte à decisãoFerrugem asiática da sojaImage processingMachine learningDecision supportAsian soybean rustCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAOSistema de visão e inteligência computacional em ambiente de nuvem para gestão de risco da ferrugem asiática na cultura da sojaA cloud-based computational intelligence and vision system for asian rust risk analysis in soybean cropsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARTEXTTese de Doutorado - Ricardo Alexandre Neves (Orientador - Prof Dr Paulo E Cruvinel).pdf.txtTese de Doutorado - Ricardo Alexandre Neves (Orientador - Prof Dr Paulo E Cruvinel).pdf.txtExtracted texttext/plain103415https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/871a15c5-6fcc-451e-802d-e8354f5aac18/downloadd43c94526bf483b80464dff3155cba22MD54falseAnonymousREADTHUMBNAILTese de Doutorado - Ricardo Alexandre Neves (Orientador - Prof Dr Paulo E Cruvinel).pdf.jpgTese de Doutorado - Ricardo Alexandre Neves (Orientador - Prof Dr Paulo E Cruvinel).pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg4332https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/ecb607dc-e8a9-4147-a380-18e4e3309747/downloadab25129694705173c86938e4c31a13e0MD55falseAnonymousREADORIGINALTese de Doutorado - Ricardo Alexandre Neves (Orientador - Prof Dr Paulo E Cruvinel).pdfTese de Doutorado - Ricardo Alexandre Neves (Orientador - Prof Dr Paulo E Cruvinel).pdfTese de Doutoradoapplication/pdf47421387https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/df2439c1-f614-4ca0-b920-a6698a055507/download6bb6e0395fecc84a6c6100635b67367bMD51trueAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/e4bc86b1-d078-4003-9723-e9688b9cc635/downloadf337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD53falseAnonymousREAD20.500.14289/203112025-02-06 02:57:19.963http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/20311https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-06T05:57:19Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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