BotanyDataCharacterizaction-Introduction
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Introducción
La presencia de fitopatologías en los cultivos de tomate es un problema que afecta a los agricultores debido a que esto daña sus cultivos y reduce la productividad de estos. Es por esto que los expertos aprendieron a identificar las condiciones ambientales y morfométricas(forma, color, distorsiones estructurales) en las cuales se presenta la patología e identificaron los posibles tratamientos (fungicidas, insecticidas, pesticidas entre otros) que podrían controlar o curar la enfermedad. Los agricultores se ven enfrentados a varias patologías que atacan sus cultivos, pero hay dos de estas que presentan fácil diseminación: Alternaria y Mildeo Polvoso. Estas patologías son clasificadas como fungus (Hongos), desarrollándose su infección sobre las hojas de las plantas, afectando el proceso de fotosíntesis.
Aunque cada patología específica puede confundirse con otras en sus primeras etapas, los patrones morfológicos, de pigmentación y de textura que ésta produce en las hojas permite su identificación por parte del experto. Una de las ramas de la inteligencia artificial, la visión artificial, provee de herramientas que permiten dar soporte al conocimiento del experto mediante la detección automática y objetiva de características visuales para la clasificación de las distintas patologías probables según la representación propuesta, apoyando así el proceso de diagnóstico que emite el experto.
Este proyecto propone la caracterización y clasificación de fitopatologías mediante descriptores visuales de color (Color-SIFT, MPEG-7 (Color Structure Descriptor (CSD),Scalable Color Descriptor (SCD), Color Layout Descriptor (CLD), Dominant Color Descriptor (DCD)), el modelo HSV) que serán representados como bolsas de características en su aplicación a la clasificación de patologías (alternaria y mildeo polvoso vs. plantas sanas) extraídas de imágenes naturales (hojas de plantas de tomate en cultivos bajo invernadero).
Problema a resolver
Los agricultores se ven enfrentados a distintas "causas o problemas" que generan variaciones en su producción, esto se debe a diferentes factores externos que pueden causar una mejor o peor producción. Es por esto que los agricultores intentan cuidar sus cultivos para no ser sorprendidos por estos factores, pero en algunos casos por su falta de experiencia puede afectar su propio cultivo generando perdidas en términos de dinero y limitando la disponibilidad de alimento y de materia prima para la producción de las industrias. Uno de los factores externos que afectan al cultivo es la presencia de fitopatologías y plagas que son agentes externos que reducen la producción debido a que generan daños en las plantas, estos daños cambian las características morfométricas de la hoja haciendo que esta se reduzca su tamaño e impidiendo una mayor absorción de luz solar.
Los expertos en fitopatologías estudian las distintas causas que generan estas enfermedades como lo son: Hongos, Virus, plantas parásitos, Plagas(Insectos y parásitos), Etc. aunque hay otro tipo de alteraciones que se presentan las plantas debido al exceso, desequilibrio y/o carencia de ciertos factores físicos o químicos(Temperatura, humedad, Nutrientes) a esto se le conoce como deficiencia. Estas enfermedades pueden ser mas destructivas dependiendo el grado de afectación en el que se encuentre, los expertos intenta identificar estas enfermedades en sus primeras etapas las cuales solo puede ser visto por su experticia y esto se debe a que ellos conocen los patrones y comportamientos de la enfermedad o deficiencia. Este trabajo no es sencillo debido a que en las primeras etapas de la enfermedad gran parte de las fitopatologías se asemejan a simple vista. Los expertos desarrollaron diferentes métodos para la identificación de fitopatologías que son el método directo e indirecto, el método directo como su nombre lo dice requiere la toma de una muestra de la afección para su estudio, en el método indirecto se hacen análisis que se basan en la observación de características sin requerir el contacto con la zona afectada, algunos métodos directos son [1] método serológicos(es la extracción de proteínas utilizadas como antígeno) y el método molecular(es el análisis que pretende determinar la causa de la enfermedad analizando su ADN), los métodos serológicos incluyen: citometría, inmunofluorescencia y ensayo por inmunoabsorción ligados a enzimas(ELISA). El método molecular incluye Hibridación Fluorescente in situ, reacción en cadena de la polimerasa y vector de ADN. Aunque presenta dos grandes desventajas, la primera es el tiempo ya que es un proceso largo que puede tomar varias horas para obtener el resultado del tratamiento, la segunda es el alto costo de implementar y mantener los laboratorios dotados con recurso humano especializado para la realización de las pruebas.
Los métodos indirectos corresponden al uso de herramientas computacionales que permiten realizar un procesamiento automático de una imagen tomada con una cámara digital que representa el contenido de la planta, o tomar una imagen de un microscopio.
Posible Solución
Expertos en visión por computador han visto una gran oportunidad de apoyar este campo de la agronomía debido a que el uso de técnicas podria lograr una identificación de fitopatologias mediante imágenes que contengan información relevante de ellas, que para este caso son las distintas micosis, plagas o deficiencias de interés. Ya que el esquema de visión por computador permite crear, mejorar,caracterizar y clasificar los distintos objetos de estudio
Para la identificación de las fitopatologías por parte de un experto, ellos usan las características de color que presenta la planta, si ellos detectan una anormalidad de color, hay una gran probabilidad de encontrar una patologia.
Solución planteada
Este proyecto propone la caracterización y clasificación de fitopatologías mediante descriptores visuales de color (Color-SIFT, MPEG-7 (Color Structure Descriptor (CSD),Scalable Color Descriptor (SCD), Color Layout Descriptor (CLD), Dominant Color Descriptor (DCD)), el modelo HSV) que serán representados como bolsas de características en su aplicación a la clasificación de patologías (alternaria y mildeo polvoso vs. plantas sanas) extraídas de imágenes naturales (hojas de plantas de tomate en cultivos bajo invernadero).
Imágenes de algunas patologías
Alternaria
Mildeo Polvoso
Minador
Mosca Blanca
Clorosis por deficiencia de magnesio
Fumagina
