Sistema cuantificador de calidad de cultivo de manzana para monitoreo de la producción utilizando algoritmos de Aprendizaje Profundo con Visión Artificial y Segmentación de Instancias
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Date
2022
Authors
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Publisher
Universidad Técnica de Ambato. Facultad de Ingeniería en Sistemas, Electrónica e Industrial. Maestría en Electrónica y Automatización
Abstract
Nowadays, agriculture is an activity of marked influence in the economy world, therefore, in order to satisfy the progressive food needs, human beings have been introducing technological tools for the optimization of agricultural practices, this management is also known as Precision Agriculture (PA)
Artificial Vision is a technology that has given greater support to Precision Agriculture
(PA), granting a wide range of tools with the ability to reduce difficulties faced by the
farmer during his hand labor.
The aim of this project is to provide farmers a tool to improve the process for apple
harvest management, by using Deep Learning (DL) algorithms and a Computer Vision
system.
The system development includes two study analyses: apple type detection and quality
quantification for its inspection and validation using a non-invasive method. For apple type detection, SSD-MobileNet model was used and for apple quality segmentation, a fully convolutional network FCN-ResNet-18 was used. For both studies, networks were retrained with customized databases generated specifically for the development of this project. Lastly, evaluation parameters of the detection and segmentation systems are presented with metrics such as confusion matrices, and overlapping of objects on the IoU, respectively.
Description
En la actualidad la agricultura es una actividad de marcada influencia en la economía
mundial, por lo cual para satisfacer las necesidades progresivas de alimentación el ser
humano ha ido introduciendo las herramientas tecnológicas para la optimización de las
prácticas agrícolas, esta gestión también es conocida como Agricultura de Precisión
(PA).
La Visión Artificial es la tecnología que ha proporcionado un mayor respaldo a la Agricultura de Precisión (PA), otorgando una gama de herramientas que presentan la
capacidad de disminuir las dificultades que experimenta el agricultor durante su labor
manual.
Con el presente proyecto se busca otorgar una herramienta al agricultor para mejorar
el proceso de gestión de cultivos de manzana, mediante el uso de algoritmos de
Aprendizaje Profundo (o DL – Deep Learning por sus siglas en inglés) y Visión por
Computador.
El desarrollo del sistema presenta dos análisis de estudio: la detección del tipo de
manzanas y la cuantificación de la calidad para su inspección y validación empleando
un método no invasivo.
Para la detección del tipo de manzana se utilizó el modelo SSD-Mobilenet y para la
segmentación de acuerdo con el nivel de calidad se usó una red convolucional FCNResNet-18.
Para los dos estudios se reentrenaron a las redes con bases de datos
personalizadas y obtenidas específicamente para el desarrollo de este proyecto.
Finalmente, se presentan los parámetros de evaluación de los sistemas de detección y
segmentación con métricas como matrices de confusión, y solapamiento de objetos
sobre la IoU respectivamente.
Keywords
VISIÓN POR COMPUTADOR, APRENDIZAJE PROFUNDO, REDES NEURONALES CONVOLUCIONALES, AGRICULTURA DE PRECISIÓN