martes, 22 de enero de 2013

Resumen - Plant species identification using Elliptic Fourier leaf shape analysis


Plant species identification using Elliptic Fourier leaf shape analysis

Joao Camargo Neto , George E. Meyer, David D. Jones, Ashok K. Samal

Introducción

El estudio se enfoca en la identificación de especies de cultivos y hierbas mediante el método EF para encontrar las características de la hoja.

La identificación de especies de plantas y hierbas es utilizada primeramente para control de hierba y aplicación de herbicida. Identificar hierbas maliciosas tiene el potencial de reducir la cantidad de químicos aplicados en hasta un 80% para mejorar la ganancia y calidad de agua entre otras cosas. Tradicionalmente, todo esto se hacía a mano por ingenieros agrarios u otros científicos especializados. La identificación automatizada de las especies de hierbas puede ayudar a los científicos para seguir el crecimiento de la hierba, lo que ayudaría a saber cuando aplicar herbicida.

El método EF (Elliptic Fourier) provee una interpretación gráfica eficiente y precisa de las esquinas y formas de una hoja aislada. 

Las hojas utilizadas(extraídas a mano) para el estudio están descritas en la siguiente tabla:


Métodos y materiales

  • Adquisición de imágenes 
Imágenes digitales a color de las plantas de soya, girasoles, bledo, y terciopelo fueron tomadas usando una cámara digital DC120 bajo luz natural en el mediodía durante las primeras 3 semanas después de su germinación.

La resolución que utilizaron fue de 1280 x 960, que son 2 pixeles por milímetro. Las imágenes fueron después descargadas y almacenadas como jpeg. Las hojas individuales fueron extraídas y segmentadas de manera precisa de las imágenes de las plantas de forma visual y utilizando Adobe® Photoshop® 5.0. Los resultados fueron similares a lo siguiente:

  • Análisis de características de las hojas
Las esquinas de cada hoja en las sub imágenes fueron binarizadas. Después la forma de las hojas fue normalizada utilizando descriptores Elliptic Fourier de un contorno cercano de las esquinas de la hoja. Este contorno fue definido utillizando una cadena diferencial, representada como una secuencia de vectores como los siguientes:


Los limites individuales de los pixeles fueron utilizados para crear el código cadena, iniciando desde el pixel superior izquierdo del contorno y trazando el límite en sentido del reloj. Esto se completaba hasta volver al pixel inicial.

Utilizando este código cadena se obtiene una expansión de series de Fourier truncada del contorno, la cual es una proyección de los ejes x y y, dados por:


Donde t es el paso necesario para pasar de un pixel a otro en el contorno.

La siguiente imágen muestra una aproximación EF no normalizada de la forma de una hoja de bledo (velvetleaf):

Resultados

Las especies de plantas pueden ser precisamente identificadas mediante el uso de EF para encontrar las características de la forma de las hojas individuales extraídas de las plantas. El método EF combinado con PCA(principal component analysis) y modelos de discriminantes lineales se comportaron de buena manera.

Las plantas más maduras, que proporcionaban hojas más maduras proporcionaban las mejores imágenes de hojas para su identificación y demostraron un 88.3% de tasa de clasificación.

Bibliografía:

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