Dyfeisiwyd system golwg peiriant sy'n gallu lleoli ac adnabod blodau'r brenin afalau o fewn clystyrau o flodau ar goed mewn perllannau gan ymchwilwyr Penn State - cam cynnar hanfodol yn natblygiad system peillio robotig - mewn astudiaeth gyntaf o'i math. .
Mae blodau afal yn tyfu mewn grwpiau o bedwar i chwe blodyn ynghlwm wrth ganghennau, a gelwir y blodau canol yn flodyn brenin. Mae'r blodyn hwn yn agor gyntaf yn y clwstwr ac fel arfer yn tyfu'r ffrwyth mwyaf. Felly, mae'n darged allweddol system peillio robotig, yn ôl yr ymchwilydd Long He, athro cynorthwyol amaethyddiaeth a peirianneg fiolegol.
Yn draddodiadol dibynnwyd ar beillio gan bryfed ar gyfer cynhyrchiant afalau. Fodd bynnag, mae tystiolaeth yn awgrymu nad yw gwasanaethau peillio, gan wenyn mêl domestig a pheillwyr gwyllt, yn cyfateb i ofynion cynyddol, nododd. Oherwydd anhwylder cwymp cytref, mae gwenyn mêl ledled y byd wedi bod yn marw ar gyfraddau brawychus. O ganlyniad, mae angen dulliau amgen o beillio ar gynhyrchwyr.
Yr astudiaeth hon yw'r diweddaraf a gynhaliwyd gan grŵp ymchwil He yn y Coleg Gwyddorau Amaethyddol, sy'n ymroi i ddatblygu systemau robotig i gyflawni tasgau amaethyddol llafurddwys megis casglu madarch, tocio coed afalau a theneuo ffrwythau gwyrdd. Prif nod y prosiect hwn, esboniodd, oedd datblygu system weledigaeth ddofn yn seiliedig ar ddysgu a allai adnabod a lleoli blodau'r brenin yn union mewn canopïau coed.
“Rydyn ni’n meddwl y bydd y canlyniad hwn yn darparu gwybodaeth sylfaenol ar gyfer system peillio robotig, a fyddai’n arwain at beillio afalau yn effeithlon ac yn atgenhedladwy i sicrhau’r cynnyrch mwyaf posibl o ffrwythau o ansawdd uchel,” meddai. “Yn Pennsylvania, rydyn ni’n dal i allu dibynnu ar wenyn i beillio cnydau afal, ond mewn rhanbarthau eraill lle mae gwenyn yn marw wedi bod yn fwy difrifol, efallai y bydd angen y dechnoleg hon ar dyfwyr yn gynt nag yn hwyrach.”
Roedd Xinyang Mu, myfyriwr doethuriaeth yn yr Adran Peirianneg Biolegol Amaethyddol, yn arwain yr astudiaeth blodau brenin. Defnyddiodd Mu Mask R-CNN - rhaglen gyfrifiadurol ddysgu ddwfn boblogaidd sy'n perfformio segmentiad lefel picsel i ganfod gwrthrychau sy'n cael eu cuddio'n rhannol gan wrthrychau eraill - i adnabod a lleoli blodau'r brenin mewn system golwg peiriant.
Er mwyn adeiladu'r model canfod Mask R-CNN, cipiodd gannoedd o luniau clwstwr blodau afal. Yna datblygodd algorithm segmentu blodyn brenin i adnabod a lleoli'r blodau brenin o'r set ddata amrwd honno o ddelweddau blodau afal. Cynhaliwyd yr ymchwil yng Nghanolfan Ymchwil ac Estyniad Ffrwythau Penn State, Biglerville.
Gala a Chris Mêl afal dewiswyd amrywiaethau ar gyfer y profion. Plannwyd y coed prawf yn 2014 gyda bylchau coed o tua 5 troedfedd (Gala) a 6 1/2 troedfedd (Mêl-crisp). Hyfforddwyd y coed hyn mewn pensaernïaeth canopi gwerthyd tal, gydag uchder cyfartalog o tua 13 troedfedd. Roedd y system caffael delwedd gyda chamera wedi'i gosod ar gerbyd cyfleustodau a oedd yn symud rhwng rhesi coed.
Roedd hyfforddi'r system golwg peiriant i leoli blodau'r brenin yn heriol, nododd Mu, oherwydd eu bod yr un maint, lliw a siâp â'r blodau ochrol mewn clystyrau, ac mae blodau'r brenin fel arfer yn cael eu cuddio gan flodau cyfagos oherwydd eu lleoliad canolog.
Er mwyn cyflawni gofynion dysgu trosglwyddo ar gyfer hyfforddiant model Mask R-CNN, labelwyd delweddau amrwd mewn dau ddosbarth a ddiffiniwyd ymlaen llaw: blodau unigol a blodau cudd. Er mwyn gwella cywirdeb, ehangwyd y set ddata hyfforddi bedair gwaith gan ddefnyddio dulliau cynyddu data, esboniodd Mu.
“I wahaniaethu rhwng blodau’r brenin a blodau ochrol, cafodd y blodyn mwyaf canolog o fewn pob clwstwr blodau ei dargedu, neu ei leoleiddio,” meddai. “Roedd y system weledigaeth yn lleoli’r clystyrau blodau ar wahân yn awtomatig yn seiliedig ar ddull mapio dwysedd blodau dau-ddimensiwn. O fewn pob clwstwr blodau a ganfuwyd, penderfynwyd mai'r blodyn - neu'r mwgwd - yn y safle mwyaf canolog oedd y blodyn brenin targed. ”
Mewn canfyddiadau a gyhoeddwyd yn ddiweddar yn Technoleg Amaethyddol Glyfar, adroddodd yr ymchwilwyr lefel uchel o gywirdeb canfod blodau brenin sy'n deillio o algorithm Mu. O'i gymharu â mesuriadau a gymerwyd â llaw gan ymchwilwyr yn nodi blodau'r brenin â llygad - a elwir yn fesuriadau gwirionedd daear gan yr ymchwilwyr - roedd cywirdeb canfod blodau brenin y peiriant yn amrywio o 98.7% i 65.6%.