درجه بندی کیفی آلو خشک با استفاده از سامانه بینایی رایانه ای و الگوریتم های یادگیری ماشین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی بیوسیستم، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

چکیده

آلو یکی از میوه‌های مغذی و محبوب در کشور ایران محسوب می‌شود. بسته به کیفیت میوه تازه قبل از برداشت و چگونگی فرایند خشک شدن، درجات کیفی مختلفی از این میوه به‌صورت آلو خشک تولید می‌شود. در این پژوهش از یک سامانه بینایی رایانه‌ای و الگوریتم‌های یادگیری ماشین به‌منظور طبقه‌بندی آلو خشک به سه درجه کیفی مختلف استفاده شد. ویژگی‌های مختلف رنگی، شکلی و بافتی از تصاویر نمونه‌های آلو خشک استخراج شدند و به‌صورت مجزا و در ترکیب با همدیگر برای توسعه الگوریتم‌های طبقه‌بندی شبکه‌های عصبی پرسپترون چندلایه (MLP)، ماشین بردار پشتیبان (SVM)، آنالیز تشخیصی خطی (LDA)، و درخت تصمیم (DT) استفاده شدند. به‌منظور کاهش تعداد ویژگی‌ها و استخراج ویژگی‌های مهم‌تر از روش انتخاب ویژگی انتخاب ویژگی مبتنی بر همبستگی (CFS) استفاده شد. نتایج نشان داد که ترکیب ویژگی‌های مختلف استخراج شده از تصویر در مقایسه با ویژگی‌های رنگی، بافتی یا مورفولوژیکی به‌صورت مجزا، باعث افزایش دقت طبقه‌بندی می‌شود. در این راستا، مدل DT از نوع جنگل تصادفی (RF) با استفاده از ترکیب ویژگی‌های تصویر و الگوریتم انتخاب ویژگی CFS دارای بیشترین دقت طبقه‌بندی در مراحل آموزش و ارزیابی بود. مقادیر مجذور میانگین مربعات خطا (RMSE) و دقت مدل CFS-DT به ترتیب در مرحله آموزش برابر با 1958/0 و 75/93 درصد، و در مرحله ارزیابی برابر با 2110/0 و 67/91 درصد به دست آمدند. با توجه به این پارامترهای عملکردی و ماهیت سامانه‌های بینایی رایانه‌ای، می‌توان از نتایج حاصل از این پژوهش جهت توسعه یک سامانه دقیق، سریع و ارزان جهت درجه‌بندی کیفی آلو خشک استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Quality grading of dried plums using computer vision system and machine learning algorithms

نویسندگان [English]

  • Adel Bakhshipour
  • hemad Zareiforoush
  • Fatemeh Niroumand
  • Mir Aryan Mousavi
Department of Biosystems Engineering, Faculty of Agricultural Sciences, University of Guilan, Rasht, Iran
چکیده [English]

Plum is one of the nutritious and popular fruits in Iran. Depending on the quality of the fresh fruit before harvesting and the drying process, different quality grades of this fruit are produced as dried plums. In this research, a computer vision system and machine learning algorithms were used to classify dried plums into three different quality grades. Different color, shape, and texture features were extracted from the images of dried plum samples, and were used separately and in combination with each other for developing classification algorithms of Multilayer Perceptron (MLP) neural networks, Support Vector Machine (SVM), Linear Discrimination Analysis (LDA) and Decision Tree (DT). In order to reduce the number of features and to extract more important features, the Correlation-based Feature Selection (CFS) method was used. Results showed that the combination of different image-extracted features increases the classification accuracy, compared to individual color, shape, or texture features. In this regard, the Random Forest (RF) DT model using the combination of image features and CFS feature selection algorithm had the highest classification accuracy in the training and evaluation stages. The values of Root Mean Squared Error (RMSE) and accuracy of this model were obtained equal to 0.1958 and 93.75% in the training stage, and equal to 0.2110 and 91.67% in the evaluation phase, respectively. Considering these performance parameters and the nature of machine vision systems, the results of this research can be used to develop an accurate, fast, and inexpensive system for the quality grading of dried plums.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Feature selection
  • Image processing
  • Random forest
  • Classification
  • Dried fruit