Original Title: Analysis of New RGB Vegetation Indices for PHYVV and TMV Identification in Jalapeño Pepper (Capsicum annuum) Leaves Using CNNs-Based Model
Source: doi.org/10.3390/plants10101977
Disclaimer: Summary generated by AI based on the provided document. Please refer to the original paper for full scientific accuracy.

ការវិភាគសន្ទស្សន៍រុក្ខជាតិ RGB ថ្មីសម្រាប់ការកំណត់អត្តសញ្ញាណវីរុស PHYVV និង TMV លើស្លឹកម្ទេស (Capsicum annuum) ដោយប្រើប្រាស់ម៉ូដែលផ្អែកលើបណ្ដាញសរសៃប្រសាទកាឡៃ (CNNs)

ចំណងជើងដើម៖ Analysis of New RGB Vegetation Indices for PHYVV and TMV Identification in Jalapeño Pepper (Capsicum annuum) Leaves Using CNNs-Based Model

អ្នកនិពន្ធ៖ Arturo Yee-Rendon (Facultad de Informática Culiacán, Universidad Autónoma de Sinaloa), Irineo Torres-Pacheco (Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de Querétaro), Angelica Sarahy Trujillo-Lopez (Facultad de Informática Culiacán, Universidad Autónoma de Sinaloa), Karen Paola Romero-Bringas (Facultad de Informática Culiacán, Universidad Autónoma de Sinaloa), Jesus Roberto Millan-Almaraz (Facultad de Ciencias Físico Matemáticas, Universidad Autónoma de Sinaloa)

ឆ្នាំបោះពុម្ព៖ Plants 2021

វិស័យសិក្សា៖ Agricultural Technology

១. សេចក្តីសង្ខេបប្រតិបត្តិ (Executive Summary)

បញ្ហា (The Problem)៖ ជំងឺវីរុសលើរុក្ខជាតិដូចជា TMV និង PHYVV បង្កឱ្យមានការខាតបង់សេដ្ឋកិច្ចយ៉ាងធ្ងន់ធ្ងរក្នុងវិស័យកសិកម្ម ហើយការកំណត់អត្តសញ្ញាណរោគសញ្ញាតាមរយៈរូបភាពមានភាពលំបាកប្រសិនបើមិនមានការពង្រឹងគុណភាពរូបភាពជាមុន។

វិធីសាស្ត្រ (The Methodology)៖ ការសិក្សានេះបានបង្កើតវិធីសាស្ត្រវិភាគព្យាករណ៍ថ្មីមួយដោយប្រើប្រាស់សន្ទស្សន៍រុក្ខជាតិផ្អែកលើប្រព័ន្ធពណ៌ RGB សម្រាប់ការរៀបចំទិន្នន័យជាមុន (Pre-processing) រួមជាមួយម៉ូដែលរៀនស៊ីជម្រៅ (Deep Learning) ដែលបានហ្វឹកហាត់ជាមុនដើម្បីកំណត់អត្តសញ្ញាណវីរុស។

លទ្ធផលសំខាន់ៗ (The Verdict)៖

២. ការវិភាគលើប្រសិទ្ធភាព និងដែនកំណត់ (Performance & Constraints)

វិធីសាស្ត្រ (Method) គុណសម្បត្តិ (Pros) គុណវិបត្តិ (Cons) លទ្ធផលគន្លឹះ (Key Result)
CNN Training from Scratch
ការហ្វឹកហាត់ម៉ូដែលពីដើម (Training from scratch) ដោយមិនប្រើប្រាស់ចំណេះដឹងពីមុន
មិនពឹងផ្អែកលើទម្ងន់ទិន្នន័យពីខាងក្រៅ និងអាចរៀនលក្ខណៈពិសេសដោយផ្ទាល់ពីទិន្នន័យជាក់លាក់។ ជួបប្រទះបញ្ហាការរៀនហួសកម្រិត (Overfitting) យ៉ាងធ្ងន់ធ្ងរនៅពេលទិន្នន័យមានទំហំតូច (ខុសគ្នា ១២% ទៅ ២០% រវាងទិន្នន័យហ្វឹកហាត់និងទិន្នន័យផ្ទៀងផ្ទាត់)។ ទទួលបានភាពត្រឹមត្រូវអតិបរមាកម្រិតកំពូលទី១ (Top-1 accuracy) ត្រឹមតែ ៨៣.៣% ប៉ុណ្ណោះ (ម៉ូដែល Xception ជាមួយសន្ទស្សន៍ NRBVI-Jet)។
Xception with NGBVI and Transfer Learning
ការប្រើប្រាស់ម៉ូដែល Xception រួមជាមួយសន្ទស្សន៍ NGBVI និងបច្ចេកទេសផ្ទេរការរៀនសូត្រ
មានសមត្ថភាពខ្ពស់បំផុតក្នុងការចាប់យកលក្ខណៈលម្អិតនៃជំងឺ និងកាត់បន្ថយបញ្ហា Overfitting បានយ៉ាងមានប្រសិទ្ធភាពតាមរយៈ Data Augmentation។ ទាមទារថាមពលគណនា និងទំហំផ្ទុកច្រើនជាងម៉ូដែលធុនស្រាលបន្តិច សម្រាប់ការអនុវត្តជាក់ស្តែងលើទូរស័ព្ទចាស់ៗ។ ទទួលបានភាពត្រឹមត្រូវខ្ពស់បំផុតរហូតដល់ ៩៨.៣% ដែលជាលទ្ធផលល្អដាច់គេនៅក្នុងការសិក្សា។
MobileNet v2 with Transfer Learning
ការប្រើប្រាស់ម៉ូដែល MobileNet v2 ជាមួយបច្ចេកទេសផ្ទេរការរៀនសូត្រ (Transfer Learning)
ជាស្ថាបត្យកម្មបណ្តាញទម្ងន់ស្រាល (Lightweight CNN) ដែលត្រូវបានរចនាឡើងជាពិសេសសម្រាប់ប្រើប្រាស់លើទូរស័ព្ទដៃ និងឧបករណ៍ដែលមានថាមពលខ្សោយ។ ភាពត្រឹមត្រូវមានកម្រិតទាបជាងម៉ូដែលស្មុគស្មាញដូចជា Xception បន្តិចបន្តួច។ ទទួលបានភាពត្រឹមត្រូវជាមធ្យម ៩២.៣% ទៅ ៩៥% (អាស្រ័យលើសន្ទស្សន៍រុក្ខជាតិ) ដែលល្អគ្រប់គ្រាន់សម្រាប់ការប្រើប្រាស់ទូទៅ។

ការចំណាយលើធនធាន (Resource Cost)៖ ការសិក្សានេះទាមទារកុំព្យូទ័រដែលមានសមត្ថភាពខ្ពស់សម្រាប់ការហ្វឹកហាត់ម៉ូដែល (Training) ប៉ុន្តែប្រើប្រាស់ត្រឹមតែស្មាតហ្វូនធម្មតាប៉ុណ្ណោះសម្រាប់ការប្រមូលទិន្នន័យរូបភាព។

៣. ការពិនិត្យសម្រាប់បរិបទកម្ពុជា/អាស៊ីអាគ្នេយ៍

ភាពលំអៀងនៃទិន្នន័យ (Data Bias)៖

ការសិក្សានេះត្រូវបានធ្វើឡើងនៅក្នុងផ្ទះកញ្ចក់នាប្រទេសម៉ិកស៊ិក លើពូជម្ទេស Jalapeño ជាមួយនឹងការរៀបចំថតរូបលើផ្ទៃខាងក្រោយពណ៌ស (White paper background)។ សម្រាប់បរិបទប្រទេសកម្ពុជា កសិករភាគច្រើនដាំដុះនៅទីវាល (Field settings) ដែលមានផ្ទៃខាងក្រោយស្មុគស្មាញ ពន្លឺប្រែប្រួល និងមានពូជដំណាំខុសៗគ្នា (ដូចជាម្រេចកំពត ឬម្ទេសដៃនាង) ដែលទាមទារការប្រមូលទិន្នន័យក្នុងស្រុកបន្ថែមដើម្បីឱ្យម៉ូដែលដំណើរការបានល្អ។

លទ្ធភាពនៃការអនុវត្ត (Applicability)៖

វិធីសាស្ត្រនេះមានសក្តានុពល និងភាពជាក់ស្តែងខ្ពស់សម្រាប់ប្រទេសកម្ពុជា ដោយសារវាផ្តោតលើការប្រើប្រាស់កាមេរ៉ាស្មាតហ្វូនទូទៅ (RGB) ជាជាងប្រព័ន្ធសេនស័រថ្លៃៗ។

ជារួម ការសិក្សានេះផ្តល់នូវគ្រឹះដ៏រឹងមាំ និងចំណាយតិច ក្នុងការអភិវឌ្ឍប្រព័ន្ធកសិកម្មឌីជីថល (Digital Agriculture) នៅកម្ពុជា ប្រសិនបើយើងអាចយកគំរូនេះមកបង្វឹកឡើងវិញជាមួយទិន្នន័យដំណាំក្នុងស្រុកពិតប្រាកដ។

៤. ផែនការសកម្មភាពសម្រាប់និស្សិត (Actionable Roadmap)

ដើម្បីអនុវត្តតាមការសិក្សានេះ និស្សិតគួរអនុវត្តតាមជំហានខាងក្រោម៖

  1. សិក្សាមូលដ្ឋានគ្រឹះនៃចំណាំរូបភាព: ចាប់ផ្តើមរៀនសរសេរកូដជាមួយ Python និងប្រើប្រាស់បណ្ណាល័យ OpenCV ដើម្បីរៀនពីវិធីបំប្លែងរូបភាព RGB ទៅជាសន្ទស្សន៍រុក្ខជាតិ (NRBVI, NGBVI)។
  2. ប្រមូល និងរៀបចំទិន្នន័យក្នុងស្រុក: ចុះទៅចម្ការជាក់ស្តែងដើម្បីថតរូបភាពស្លឹកដំណាំ (ឧទាហរណ៍ ម្រេច ឬម្ទេស) ដោយកាមេរ៉ាស្មាតហ្វូន រួចធ្វើការបែងចែកចំណាត់ថ្នាក់រូបភាព (Healthy vs Infected) ដោយប្រើប្រាស់ LabelImg ឬឧបករណ៍ស្រដៀងគ្នា។
  3. អនុវត្តការផ្ទេរការរៀនសូត្រ (Transfer Learning): ប្រើប្រាស់ Framework ដូចជា TensorFlowPyTorch ដើម្បីទាញយកម៉ូដែលហ្វឹកហាត់រួចជាស្រេច (Pre-trained models) ដូចជា XceptionMobileNetV2 មកធ្វើការហ្វឹកហាត់បន្ត (Fine-tuning) ជាមួយទិន្នន័យរបស់អ្នក។
  4. អនុវត្តការបង្កើនទិន្នន័យ (Data Augmentation): ដើម្បីដោះស្រាយបញ្ហាទិន្នន័យតិច ត្រូវប្រើមុខងារ ImageDataGenerator នៅក្នុង Keras ដើម្បីបង្វិល (Rotate) ទាញ (Scale) និងត្រឡប់ (Flip) រូបភាពក្នុងកំឡុងពេលហ្វឹកហាត់ជៀសវាងបញ្ហា Overfitting។
  5. អភិវឌ្ឍជាកម្មវិធីទូរស័ព្ទ (Mobile Deployment): បំប្លែងម៉ូដែលរបស់អ្នកទៅជាទម្រង់ TensorFlow Lite រួចយកទៅភ្ជាប់ជាមួយកម្មវិធីទូរស័ព្ទ (Android/iOS) ដើម្បីឱ្យកសិករអាចថតរូប និងដឹងលទ្ធផលភ្លាមៗដោយមិនចាំបាច់មានអ៊ីនធឺណិត។

៥. វាក្យសព្ទបច្ចេកទេស (Technical Glossary)

ពាក្យបច្ចេកទេស ការពន្យល់ជាខេមរភាសា (Khmer Explanation) និយមន័យសាមញ្ញ (Simple Definition)
Convolutional Neural Network (CNN) ជាប្រភេទបណ្ដាញសរសៃប្រសាទសិប្បនិម្មិតដែលរចនាឡើងយ៉ាងពិសេសសម្រាប់វិភាគរូបភាព ដោយវាធ្វើការច្រោះនិងទាញយកលក្ខណៈពិសេសៗ (ដូចជាគែម ពណ៌ ឫទម្រង់ស្នាមជំងឺលើស្លឹក) មួយស្រទាប់ម្តងៗដើម្បីកំណត់ថារូបនោះជាអ្វី។ ដូចជាភ្នែកនិងខួរក្បាលរបស់មនុស្ស ដែលសម្លឹងមើលវត្ថុមួយ រួចផ្តុំព័ត៌មានពីចំណុចតូចៗ (ពណ៌ និងរាង) បញ្ចូលគ្នាដើម្បីដឹងថាវត្ថុនោះជាអ្វី។
Vegetation Index ជារូបមន្តគណិតវិទ្យាដែលយកកម្រិតពណ៌ផ្សេងៗពីកាមេរ៉ា (ដូចជា ក្រហម បៃតង ខៀវ) មកដកនិងចែកគ្នា ដើម្បីធ្វើឱ្យតំបន់ស្លឹកដែលមានជំងឺលេចធ្លោឡើង និងលុបបំបាត់ផ្ទៃខាងក្រោយដូចជាដី ឬជញ្ជាំងចោល។ ដូចជាការពាក់វ៉ែនតាពណ៌ពិសេសដែលអាចត្រងយកតែពន្លឺដែលបញ្ចេញពីសញ្ញាជំងឺ ដោយបិទបាំងវត្ថុដែលនៅជុំវិញមិនឱ្យរំខានភ្នែកយើង។
Transfer Learning ជាបច្ចេកទេសបង្រៀនបញ្ញាសិប្បនិម្មិត ដោយយកម៉ូដែលដែលធ្លាប់បានហ្វឹកហាត់ស្គាល់រូបភាពទូទៅរាប់លានរួចមកហើយ មកបន្តហ្វឹកហាត់ឱ្យស្គាល់តែជំងឺលើស្លឹកម្ទេសវិញ ដើម្បីសន្សំពេលវេលា និងដោះស្រាយបញ្ហាខ្វះទិន្នន័យ។ ដូចជាការយកចុងភៅដែលពូកែធ្វើម្ហូបអឺរ៉ុបរួចទៅហើយ មកបង្រៀនបន្ថែមបន្តិចបន្តួចឱ្យចេះធ្វើម្ហូបខ្មែរ ជាជាងយកអ្នកដែលមិនចេះធ្វើម្ហូបសោះមកបង្រៀនពីសូន្យ។
Data Augmentation ជាវិធីសាស្ត្របង្កើតទិន្នន័យបន្ថែមពីលើទិន្នន័យចាស់ដែលមានស្រាប់ ដោយធ្វើការបង្វិល ត្រឡប់ចុះឡើង ឬពង្រីកបង្រួមរូបភាពដើម ដើម្បីឱ្យម៉ូដែលរៀនបានកាន់តែច្រើនជ្រុងជ្រោយនិងឆ្លាតជាងមុនពេលហ្វឹកហាត់។ ដូចជាការថតរូបវត្ថុតែមួយសន្លឹក ប៉ុន្តែយើងយកវាទៅបង្វិល មើលពីលើ មើលពីក្រោម ដើម្បីឱ្យក្មេងចំណាំវត្ថុនោះបាន ទោះជាវាស្ថិតក្នុងទម្រង់បញ្ច្រាសឬផ្អៀងក៏ដោយ។
Overfitting គឺជាបញ្ហាក្នុងការបង្វឹកម៉ូដែល ដែលម៉ូដែលនោះទន្ទេញចាំច្បាស់តែទិន្នន័យដែលវាធ្លាប់រៀន (មានភាពត្រឹមត្រូវខ្ពស់ពេលហ្វឹកហាត់) ប៉ុន្តែមិនអាចធ្វើការទស្សន៍ទាយបានត្រឹមត្រូវទាល់តែសោះនៅពេលជួបទិន្នន័យថ្មីដែលវាមិនធ្លាប់ឃើញ។ ដូចជាសិស្សដែលទន្ទេញចាំមាត់នូវលំហាត់ក្នុងសៀវភៅដើម្បីប្រឡងជាប់រហូត ប៉ុន្តែមិនយល់ពីរូបមន្ត ទើបមិនអាចដោះស្រាយលំហាត់ថ្មីដែលគ្រូដាក់ឱ្យបាន។
Jet Color Scale ជាប្រព័ន្ធបំប្លែងកម្រិតពណ៌រូបភាពពីស-ខ្មៅទៅជាពណ៌ចម្រុះ ដោយតំណាងតម្លៃទាបដោយពណ៌ខៀវ និងតម្លៃខ្ពស់ដោយពណ៌ក្រហម ដើម្បីងាយស្រួលមើលឃើញភាពខុសគ្នាតិចតួចនៃកម្រិតខូចខាត (Chlorosis) លើស្លឹករុក្ខជាតិ។ ដូចជាកាមេរ៉ាចាប់កម្តៅ (Thermal camera) ដែលបង្ហាញពណ៌ក្រហមនៅកន្លែងក្តៅខ្លាំង និងពណ៌ខៀវនៅកន្លែងត្រជាក់ ដើម្បីឱ្យភ្នែកយើងងាយបែងចែកដឹងភ្លាមៗ។
Top-1 Accuracy ជារង្វាស់វាយតម្លៃភាពត្រឹមត្រូវរបស់ម៉ូដែល ដោយគិតតែលើការទស្សន៍ទាយទីមួយដែលម៉ូដែលគិតថាមានភាគរយត្រូវខ្ពស់ជាងគេបំផុត ប្រសិនបើចម្លើយទីមួយនោះត្រូវ ទើបម៉ាស៊ីនចាត់ទុកថាទទួលបានជោគជ័យ។ ដូចជាការលេងហ្គេមទាយសំនួរដែលអ្នកមានសិទ្ធិឆ្លើយតែម្តងគត់ បើចម្លើយដំបូងខុសគឺខុសតែម្តង មិនអាចមានជម្រើសទីពីរឡើយ។
Chlorosis គឺជារោគសញ្ញានៃការបាត់បង់ជាតិពណ៌បៃតង (ក្លរ៉ូហ្វីល) នៅក្នុងជាលិការុក្ខជាតិ ដែលធ្វើឱ្យស្លឹកប្រែជាពណ៌លឿងដោយសារការឆ្លងវីរុសពពួក TMV ឬ PHYVV ធ្វើឱ្យរុក្ខជាតិមិនអាចធ្វើរស្មីសំយោគបានពេញលេញ។ ដូចជាមនុស្សដែលស្លេកស្លាំងខ្វះឈាមដោយសារមានជំងឺ ដែលធ្វើឱ្យស្បែកលែងមានពណ៌ស៊ីជម្ពូដូចធម្មតា។

៦. ប្រធានបទពាក់ព័ន្ធ (Further Reading)

អត្ថបទដែលបានបោះពុម្ពនៅលើ KhmerResearch ដែលទាក់ទងនឹងប្រធានបទនេះ៖

ប្រធានបទ និងសំណួរស្រាវជ្រាវដែលទាក់ទងនឹងឯកសារនេះ ដែលអ្នកអាចស្វែងរកបន្ថែម៖