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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.3.2013.tde-04112014-105007
Document
Author
Full name
Luiz Otávio Lamardo Alves Silva
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2013
Supervisor
Committee
Cugnasca, Carlos Eduardo (President)
Bianchi, Reinaldo Augusto da Costa
Hae, Yong Kim
Title in Portuguese
Classificação visual de mudas de plantas ornamentais: análise da eficácia de técnicas de seleção de atributos.
Keywords in Portuguese
Aprendizado de máquina
Flores
Mudas
Produtos agrícolas
Seleção
Seleção de atributos
Separação
Visão computacional
Abstract in Portuguese
A automação da classificação visual de produtos vem ganhando cada vez mais importância nos processos produtivos agrícolas. Isto posto, uma das principais dificuldades encontradas por produtores de flores e plantas ornamentais é garantir o crescimento homogêneo de suas plantas. Nesse cenário, as mudas utilizadas para gerar as plantas são importantes uma vez que se pode estimar seu potencial de crescimento através de uma inspeção visual. Sendo assim, um sistema de visão computacional pode ser empregado para automatizar essa tarefa. Porém, diferentemente de indústrias tradicionais, a indústria agrícola apresenta grande variabilidade entre os produtos analisados. Técnicas de aprendizado de máquina supervisionado conseguem avaliar um conjunto de atributos referentes ao objeto inspecionado para classificá-lo corretamente, de forma a lidar tanto com a variabilidade dos produtos em inspeção quanto com a incorporação do conhecimento de especialistas pelo sistema. A definição do conjunto de atributos a ser extraído das imagens dos produtos é de extrema importância, pois é ele quem fornece toda a informação utilizada no sistema. Um conjunto com diversos atributos assegura que toda a informação necessária é capturada, porém atributos irrelevantes ou redundantes podem prejudicar o desempenho dos classificadores. Técnicas de seleção de atributos podem ser utilizadas para equilibrar essas necessidades. O objetivo do trabalho foi o de avaliar a eficácia dessas técnicas para a classificação de mudas de violeta. Vinte e seis parâmetros foram extraídos de seiscentas imagens rotuladas em quatro níveis de qualidade. Em seguida, os desempenhos de seis classificadores foram comparados considerando-se um universo de subconjuntos gerados por quatro técnicas de seleção de atributos. Os resultados mostraram que essas técnicas são realmente vantajosas, gerando ganhos de até 8,8% nas taxas de acertos e ao mesmo tempo reduzindo de 26 para 11 o número médio de atributos utilizados. O classificador Logistic Regression associado ao subconjunto gerado pelo Chi-quadrado foi o que apresentou melhor desempenho global, atingindo 80% de acerto. O classificador Random Forest ficou em segundo lugar, porém se mostrou menos sensível a seleção de atributos.
Title in English
Visual classification of ornamental plants seedlings: analysis of attribute selection efficacy.
Keywords in English
Agricultural products
Attribute selection
Computer vision
Cuttings
Flowers
Machine learning
Selection
Sorting
Abstract in English
The automation of visual classification of products is gaining more importance in agricultural production processes. That said, one of the main difficulties encountered by ornamental plants and flowers producers is to ensure homogeneous growth of their plants. In this scenario, the seedlings used to grow the plants are very important since it is possible to estimate their growth potential by means of a visual inspection. Therefore, a computer vision system can be used to automate this task. Unlike traditional industries, the agricultural industry shows great variability among the products inspected. Supervised machine learning techniques can evaluate an attribute set representing the inspected object in order to correctly classify it, making it possible not only to deal with the variability of the inspected products but also with the incorporation of experts knowledge into the system. The definition of the attribute set to be extracted from the images of the products is of utmost importance, as it is it that provides all information used by the system. A set with several attributes ensures that all necessary information is captured; however irrelevant or redundant attributes can affect the performance of classifiers. Attribute selection techniques can be used to balance these needs. The aim of this study was then to evaluate the effectiveness of these techniques regarding the classification of African violet seedlings. Twenty- six parameters were extracted from six hundred images, labeled into four quality groups. Then, the performances of six classifiers were compared by considering the universe of subsets generated by four attribute selection techniques. The results showed that these techniques are indeed advantageous, generating gains of up to 8.8% in accuracy rate while reducing from 26 to 11 the average number of attributes used. Logistic Regression classifier, associated with the subset generated by the Chi-squared filter showed the best overall performance, achieving 80 % accuracy. Random Forest was second, but was less sensitive to attribute selection.
 
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Publishing Date
2014-11-04
 
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