نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی بیوسیستم، واحد تاکستان، دانشگاه آزاد اسلامی، تاکستان، ایران

2 دانشیار گروه مهندسی بیوسیستم، واحد تاکستان،دانشگاه آزاد اسلامی، تاکستان، ایران.

3 دانشیار گروه مهندسی مکانیک، واحد شهر قدس، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

چکیده

امروزه تکنیک‌های هوش مصنوعی و فناوری‌های یادگیری ماشین توانسته است شناسایی و طبقه‌بندی بیماری‌های گیاهی را آسان کند. در این پژوهش، به منظور تشخیص و طبقه­بندی برخی بیماری­های برگ گیاه انگور با نام­های پوسیدگی سیاه، اسکای (زوال) و لکه برگی، پس از حذف پس زمینه از تصویر برگ­ها و استخراج ویژگی­های بافت و رنگ و شکل از تصاویر، از ترکیبی از طبقه­بند ماشین بردار پشتیبان و الگوریتم بهینه‌ساز پروانه برای انتخاب مهم­ترین ویژگی­ها در تشخیص بیماری برگ گیاه انگور استفاده شد. نتایج صحت طبقه­بندی برای بیماری­های پوسیدگی سیاه، اسکای (زوال) و لکه برگی و برگ سالم به ترتیب 100، 100، 100 و 95 درصد و دقت طبقه‌بندی برای تشخیص کل گروه­های بیمار و سالم 75/98 درصد به ­دست آمد. نتایج طبقه­بندی نشان داد که توان پردازش تصویر و یادگیری ماشین در تشخیص و طبقه­بندی برخی بیماری­های گیاهی برگ انگور عالی است. در این پژوهش همچنین 15 ویژگی بافت، رنگ و شکل به کمک الگوریتم انتخاب ویژگی بهینه­ساز پروانه به پژوهشگران بیماری شناسی گیاهی و علوم داده معرفی شده است.

کلیدواژه‌ها

Abdulridha, J., Ampatzidis, Y., Kakarla, S. C., & Roberts, P. (2020). Detection of target spot and bacterial spot diseases in tomato using UAV-based and benchtop-based hyperspectral imaging techniques. Precision Agriculture, 21(7), 955-978. https://doi.org/ 10.1007/s11119-019-09703-4.
Arun Pandian, J., & Gopal, G. (2019). Identification of plant leaf diseases using a nine-layer deep convolutional neural network. Computers and Electrical Engineering, 76, 323-338. https://doi.org/10.1016/j.compeleceng.2019.04.011.
Asefpour Vakilian, K., & Massah, J. (2017). A farmer-assistant robot for nitrogen fertilizing management of greenhouse crops. Computers and Electronics in Agriculture, 139(9), 153-163. https://doi.org/10.1016/j.compag.2017.05.012.
Barbedo, J. G. A. (2018). Factors influencing the use of deep learning for plant disease recognition. Biosystems Engineering, 172(6), 84-91. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2018.05.013.
Chen, J., Zheng, H., Lin, X., Wu, Y., & Su, M. (2018). A novel image segmentation method based on fast density clustering algorithm. In Engineering Applications of Artificial Intelligence, 73(10), 92-110. https://doi.org/10.1016/j.engappai.2018.04.023.
Cristin, R., Kumar, B. S., Priya, C., & Karthick, K. (2020). Deep neural network based Rider-Cuckoo Search Algorithm for plant disease detection. Artificial intelligence review, 53(8), 4993-5018. https://link.springer.com/article/10.1007/s10462-020-09813-w.
Irmak, B., Karakoyun, M., & Gülcü, Ş. (2022). An improved butterfly optimization algorithm for training the feed-forward artificial neural networks. Soft Computing, 27(7), 3887-3905. https://link.springer.com/article/10.1007/s00500-022-07592-w.
Jaisakthi, S. M., Mirunalini P., & Thenmozhi, D. (2019). Grape leaf disease identification using machine learning techniques. In Proceedings of the 2019 International Conference on Computational Intelligence in Data Science (ICCIDS). Feb. 23-25, Chennai, India.
Javidan, S. M., Banakar, A., Vakilian, K. A., & Ampatzidis, Y. (2022). A feature selection method using slime mould optimization algorithm in order to diagnose plant leaf diseases. In Proceedings of the 8th Iranian Conference on Signal Processing and Intelligent Systems (ICSPIS). Dec. 28-29. Kashan, Iran. (in Persian)
Javidan, S. M., Banakar, A., Vakilian, K. A., & Ampatzidis, Y. (2023). Diagnosis of grape leaf diseases using automatic K-means clustering and machine learning. Smart Agricultural Technology, 3(3), 100081-100110. https://doi.org/10.1016/j.atech.2022.100081.
Javidan, S. M., Banakar, A., Vakilian, K. A., Ampatzidis, Y., & Rahnama, K. (2024). Diagnosing the spores of tomato fungal diseases using microscopic image processing and machine learning. Multimedia Tools and Applications, 83(5), 20-43. https://doi.org/10.1007/s11042-024-18214-y.
Kumar, S., Sharma, B., Sharma, V. K., Sharma, H., & Bansal, J. C. (2020). Plant leaf disease identification using exponential spider monkey optimization. Sustainable Computing: Informatics and Systems, 28(3), 100283-100294. https://doi.org/10.1016/j.suscom.2018.10.004.
Liu B., Tan C., Li S., He J., & Wang H. (2020). A data augmentation method based on generative adversarial networks for grape leaf disease identification. IEEE,  https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.2998839.
Makhadmeh, S. N., Al-Betar, M. A., Abasi, A. K., Awadallah, M. A., Doush, I. A., Alyasseri, Z. A. A., & Alomari, O. A. (2022). Recent advances in butterfly optimization algorithm, its versions and applications. Archives of Computational Methods in Engineering, 30(2), 1399-1420. https://link.springer.com/article/10.1007/s11831-022-09843-3.
Mirjalili, S., & Lewis, A. (2013). S-shaped versus V-shaped transfer functions for binary Particle Swarm Optimization. Swarm and Evolutionary Computation, 9(3), 1-14. https://doi.org/10.1016/j.swevo.2012.09.002.
Mohammadzamani, D., Sajadian, S., & Javidan, S. M. (2020). Detection of Callosobruchus maculatus F. with image processing and artificial neural network. Applied Entomology and Phytopathology, 88(1), 103-112. https://doi.org/10.22092/jaep.2020.341684.1324. (in Persian)
Mohammadzamani, D., Javidan, S. M., Zand, M., & Rasouli, M. (2023). Detection of Cucumber Fruit on Plant Image Using Artificial Neural Network. Journal of Agricultural Machinery, 13(1). 18-29. https://doi.org/10.22067/jam.2022.73827.1077.
Padol, P. B., & Yadav, A. A. (2016). SVM classifier based grape leaf disease detection. In Proceedings of the 2016 Conference on Advances in Signal Processing (CASP), April 12-15. Lisbon, Portugal.
Roostaei, P., Rasouli, M., & Babaei, A. (2015). Study of compatibility and the effect of pollen of some grape cultivars on fruit set and quantitative and qualitative characters of fruit, cv. Rish Baba Sefid. Plant Production Technology, 7(1), 193-210. (in Persian)
Sadeghian, Z., Akbari, E., & Nematzadeh, H. (2021). A hybrid feature selection method based on information theory and binary butterfly optimization algorithm. Engineering Applications of Artificial Intelligence, 97(5), 104079-104084. https://doi.org/10.1016/j.engappai.2020.104079.
Thaiyalnayaki, K., & Joseph, C. (2021). Classification of plant disease using SVM and deep learning. Materials Today: Proceedings, 47(6), 468-470. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.05.029.
Urbanowicz, R. J., Meeker, M., La Cava, W., Olson, R. S., & Moore, J. H. (2018). Relief-based feature selection: Introduction and review. Journal of Biomedical Informatics, 85(3), 189–203. https://arxiv.org/abs/1711.08421.
Xie, X., Ma, Y., Liu, B., He, J., Li, S., & Wang, H. (2020). A deep-learning-based real-time detector for grape leaf diseases using improved convolutional neural networks. Frontiers in Plant Science, 11(2), 751-766. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.00751.