חקלאות בראייה חכמה

חוקרים מהטכניון פיתחו טכנולוגיה חדשנית לניטור אוטומטי של מצבי עקה (stress) בגידולים חקלאיים. את הפיתוח הובילו אנשי GIP – המעבדה לעיבוד גאומטרי של תמונות בפקולטה למדעי המחשב ע”ש טאוב.

מדינת ישראל, שנודעה בעשורים הראשונים לקיומה כמעצמה של חקלאות מודרנית, הפכה במרוצת השנים לאומת ההייטק. בשנים האחרונות מתברר כי החיבור בין השניים – הייטק וחקלאות, ובקיצור אגריטק – עשוי להעניק דחיפה משמעותית לעולם המזון. זה הרקע להקמתו של מאגד “פנומיקס” של רשות החדשנות, שהמחקר הנוכחי נערך במסגרתו. המאגד נועד לקדם חדשנות מדעית וטכנולוגית באמצעות שיתוף פעולה בין מוסדות מחקר אקדמיים וחברות תעשייתיות.

חוקרי הטכניון – עוזר המחקר אלון זבירין, ראש מעבדת GIP פרופ’ רון קימל ומהנדס המעבדה ירון חונן – פיתחו טכנולוגיה חכמה לניטור ולניבוי של מצבי עקה בגידולים חקלאיים ולסגמנטציה של עלים. בהקשר הראשון מסביר זבירין כי  “זיהוי עקת יובש מאפשר להציל את הצמח, לזהות מחלות ולנבא את כמויות היבול, וכל אלה הם נתונים חיוניים לחקלאי.” באמצעות צילומי צבע, צילומים תרמיים ולמידה עמוקה הצליחו החוקרים לנבא בהצלחה רבה מצבי עקה והתפתחות של עלים חדשים; בניסוי של הטכנולוגיה על שתילי בננה הושגה רמת ניבוי מרשימה – יותר מ-90% דיוק.

בהקשר השני – סגמנטציה של עלים – השיגו החוקרים תוצאות חסרות תקדים בזיהוי של עלי תודרנית לבנה (Arabidopsis) וטבק באמצעות למידה עמוקה. כדי לאמן את המערכת על כמות גדולה של דוגמאות הם פיתחו מאגר נתונים עצום של תמונות-עלים מלאכותיות, ולאחר מכן בדקו את הטכנולוגיה גם על גידולים אחרים – אבוקדו, בננה, מלפפון ותירס.

לדברי זבירין, “בפיתוח הטכנולוגיה שולבו חוקרים צעירים בתחילת דרכם, שהביאו רעיונות מעולים ועשו עבודה מצוינת. שניים מהם גם מופיעים כמחברים ראשיים במאמרים: דמיטרי קוזניצוב, שעומד לסיים תואר שני בהנחיית פרופ’ עירד יבנה ופרופ’ רון קימל, ושגיא לבנון – בוגר תוכנית המצוינות פסגות שהחל ללמוד לתואר שני בפקולטה.” המאמר על זיהוי עקה התפרסם ב-ECCV, הכנס האירופי לראייה ממוחשבת, והמאמר על סגמנטציה התפרסם בכנס CVPR.

מאגד “פנומיקס”

השם “פנומיקס” נגזור מהמונח “פנוטיפ” (phenotype), שמשמעותו תכונה נראית בעלת משמעות חקלאית, אגרונומית, או ביולוגית. במקרה שלפנינו מדובר באבחון מצב הצמח על סמך תכונותיו הנראות – צבע, צורה וגודל. אבחון אוטומטי כזה – פנוטייפינג – הוא כיום צוואר הבקבוק בשיפורים של גידולים חקלאיים ומכאן חשיבותו של ההישג הנוכחי. שותפיו של הטכניון במאגד הם חברות האגרוטק תרביות ראש הנקרה (רה”ן), הזרע ואבוג’ן; חברות הטכנולוגיה אלביט, אופגל וסנסילייז; והמוסדות האקדמיים והמחקריים הבאים: אוניברסיטת  בן גוריון, אוניברסיטת תל אביב, אוניברסיטת חיפה, האוניברסיטה העברית ומכון וולקני.

תמונות מלאכותיות של צמחי טבק (ימין) ושני זנים של תודרנית לבנה (אמצע, שמאל). בשורה העליונה מוצגות התמונות המלאכותיות ובתחתונה – מסיכות העלים. יצירת כמות גדולה של תמונות מלאכותיות (מסונתזות) מאפשרת לאמן רשת נוירונים עמוקה שתאפשר הפרדה טובה בין עלים בתמונות אמיתיות.

למאמר המלא שהתפרסם ב-ECCV, הכנס האירופי לראייה ממוחשבת לחצו כאן

לסרטון הסבר על המחקר לחצו כאן