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        “蟲臉識(shí)別”技術(shù):害蟲,來刷個(gè)臉

        2023-07-28 15:45:16程醉
        科學(xué)大眾·小諾貝爾 2023年8期
        關(guān)鍵詞:人工智能

        程醉

        在茂密的辣椒地里,一只芫菁伸了伸懶腰,從睡夢中醒來。這是一只芫菁的成蟲,它以各種植物的葉片、花瓣和果實(shí)為食,是名副其實(shí)的害蟲。仔細(xì)觀察,你就會(huì)發(fā)現(xiàn),它的頭部帶紅色,兩個(gè)角質(zhì)前翅上各有一條黃白相間的條紋。原來,這家伙是節(jié)肢動(dòng)物門鞘翅目芫菁科的豆芫菁。

        就在豆芫菁活動(dòng)完筋骨,準(zhǔn)備對辣椒剛剛結(jié)出的嫩果大快朵頤的時(shí)候,正在幫家長干農(nóng)活兒的同學(xué)發(fā)現(xiàn)了它?!拔灮鹣x,螢火蟲,這兒有一只螢火蟲!”同學(xué)興奮地喊了起來。隨后,他便一把抓住了這只小蟲子??蓻]想到,剛剛抓到手中,他就感到一陣火燎般的刺痛。

        原來,豆芫菁能分泌一種叫斑蝥素的刺激性化學(xué)物質(zhì)。人的皮膚一旦接觸到斑蝥素,不但會(huì)疼痛難忍,還會(huì)出現(xiàn)大量的水泡。這是豆芫菁的一種自我保護(hù)措施,但對人類的危害可就大了。

        那么,這位同學(xué)為什么會(huì)把豆芫菁錯(cuò)認(rèn)為螢火蟲呢?原來,豆芫菁和螢火蟲不但外形長得很像,就連顏色、大小都相差不多,如果不仔細(xì)辨認(rèn),很容易混淆。

        那么,有沒有能夠幫助我們辨識(shí)害蟲的高科技手段呢?答案是肯定的。那就是由中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院智能機(jī)械研究所研制的、已在我國6 個(gè)省市推廣應(yīng)用的“蟲臉識(shí)別”技術(shù)。

        技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理

        “蟲臉識(shí)別”技術(shù)有些類似我們常用的人臉識(shí)別技術(shù),就是利用人工智能來辨識(shí)圖片中昆蟲的種類、數(shù)量,再配合當(dāng)?shù)氐臏囟取穸鹊刃畔?,綜合評估出其對農(nóng)作物的危害程度?!跋x臉識(shí)別”技術(shù)的整個(gè)工作過程大致也是由拍攝、上傳、分析、反饋等環(huán)節(jié)構(gòu)成。

        該技術(shù)由一根配有高清攝像頭與傳感器的“自拍桿”和搭載專用App 的智能終端組成,可以伸到作物根系、果樹樹梢等調(diào)查人員難以觀察的地方,使圖像采集工作更加便捷。

        在田間完成圖像采集后,通過專用App 將圖片上傳至后端的算法服務(wù)器上。服務(wù)器會(huì)基于人工智能技術(shù)對這些圖像中包含的信息進(jìn)行分析與綜合研判,并將識(shí)別結(jié)果返回至移動(dòng)終端,整個(gè)過程僅需1 秒鐘左右。

        在移動(dòng)終端上,用戶可以實(shí)時(shí)查看當(dāng)前的圖像中是否有害蟲以及害蟲的數(shù)量,也可以根據(jù)多個(gè)采樣點(diǎn)的識(shí)別結(jié)果綜合評估出當(dāng)前田塊中的蟲害發(fā)生等級(jí),并提供合適的防治建議。

        為害蟲拍“寫真”

        不過,昆蟲的臉在哪里,或者說哪里是昆蟲的臉呢?

        人的臉上長著眼睛、鼻子、嘴巴等器官,一目了然。但昆蟲則不同,有一種鳳蝶的屁股上也長有眼睛,而蟋蟀的耳朵則長在腿上。并且,所有的昆蟲都沒有鼻子,只能依靠觸角來分辨氣味。坦率地說,昆蟲想要“刷臉識(shí)別”還是一件挺麻煩的事情。

        那么,我國的科學(xué)家又是如何做到通過“刷臉”來識(shí)別昆蟲的呢?其實(shí),答案也很簡單,那就是給昆蟲來一些全身特寫,還必須是多角度的特寫。

        在自然界里,有一些昆蟲長相非常相似。比如,園林大害蟲美國白蛾的成蟲和柳毒蛾的成蟲就非常相似,兩者除了觸角和腿上的環(huán)斑不同,也就是在體形上略有差異了。即便是經(jīng)驗(yàn)豐富的園林工作人員,有時(shí)候也難免會(huì)將它們認(rèn)錯(cuò)。同時(shí),對于它們的防治,在使用藥物、劑量、時(shí)間等方面也略有不同。所以,在使用“蟲臉識(shí)別”技術(shù)辨別這兩種害蟲時(shí),必須給它們多來幾張不同角度的特寫,以便人工智能在后期分析時(shí)能夠準(zhǔn)確地作出判斷。

        挑戰(zhàn)難度大

        那么,“蟲臉識(shí)別”技術(shù)會(huì)不會(huì)出錯(cuò)呢?

        當(dāng)然會(huì)。因?yàn)檎l都無法保證自己的技術(shù)、軟件、設(shè)備永遠(yuǎn)不會(huì)出現(xiàn)一點(diǎn)兒錯(cuò)誤,畢竟就連發(fā)射火箭、衛(wèi)星也會(huì)有“馬失前蹄”的時(shí)候。但實(shí)事求是地說,“蟲臉識(shí)別”技術(shù)出現(xiàn)錯(cuò)判,主要還是由于拍攝的照片受到逆光、陰影、分辨率等影響而導(dǎo)致的不清晰。同時(shí),有些害蟲實(shí)在太小,比如說森林害蟲紅脂大小蠹的成蟲只有幾毫米長,普通的手機(jī)、相機(jī)難以將它們拍攝清楚也是一個(gè)原因。并且數(shù)據(jù)庫里暫時(shí)還沒有的害蟲,“蟲臉識(shí)別”技術(shù)自然也就認(rèn)不出來了。

        2023 年2 月,我國上海海關(guān)在例行檢查時(shí),發(fā)現(xiàn)了318 個(gè)底部墊有濕潤棉花的塑料管,里面各有一只個(gè)頭兒挺大的螞蟻??墒?,利用我們的“蟲臉識(shí)別”技術(shù)卻無法判斷出它們是否屬于害蟲。后來,在生物學(xué)家的幫助下,海關(guān)檢查人員才最終知道它們名叫“大頭收獲蟻”。

        大頭收獲蟻本身雖然對農(nóng)作物沒有什么危害,但是會(huì)為了收獲柑橘、菠蘿等植物上害蟲分泌的蜜液而對這些害蟲進(jìn)行保護(hù)。大頭收獲蟻被很多人作為“異寵”來飼養(yǎng),但其屬于間接性害蟲,一旦擴(kuò)散到我國野外,后果不堪設(shè)想。

        由于目前我國野外并沒有大頭收獲蟻這種外來物種,所以在“蟲臉識(shí)別”的數(shù)據(jù)庫里也就沒有它們的資料。不過,隨著數(shù)據(jù)庫的不斷完善,將來,全世界絕大部分害蟲都會(huì)被“記錄在案”。

        助農(nóng)幫手

        水稻是我國主要的糧食作物之一,在全國各地都有大面積種植。而稻螟蟲是危害水稻的常見害蟲之一,它們的幼蟲在稻莖、葉鞘內(nèi)取食,俗稱“水稻鉆心蟲”。每年冬季,稻螟蟲的幼蟲在收割后的稻樁中越冬。因此,每年冬天到水稻田里實(shí)地抽查,是農(nóng)技人員對來年稻螟蟲危害進(jìn)行預(yù)估的主要方法之一。

        使用“蟲臉識(shí)別”技術(shù)之后,不但極大地減輕了農(nóng)技人員的工作量,同時(shí)也為具體判斷這些“潛伏”在稻樁里的害蟲提供了更為及時(shí)和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

        瓢蟲是我們熟悉的一種昆蟲,它們顏色很艷麗,常有黃、黑、紅色的斑紋。其中,七星瓢蟲喜吃蚜蟲,是大名鼎鼎的益蟲。然而,十星瓢蟲、茄二十八星瓢蟲、馬鈴薯瓢蟲等卻是吃農(nóng)作物葉子的害蟲。雖然從它們體表的星斑似乎很容易分辨,但是屬于益蟲的瓢蟲還有六條瓢蟲、龜紋瓢蟲、異色瓢蟲等。若非專業(yè)人士,僅憑肉眼要分辨一只瓢蟲是敵是友,確實(shí)不太容易。

        利用“蟲臉識(shí)別”技術(shù),人們便可以拿出手機(jī)給蟲子拍攝幾張不同角度的特寫照片,然后通過專用App 上傳照片,待人工智能辨識(shí)之后, 立即就會(huì)將反饋信息發(fā)送到人們的手機(jī)上。

        目前,“蟲臉識(shí)別”技術(shù)已經(jīng)在安徽、江西等地開始了推廣應(yīng)用。依靠快速發(fā)展的人工智能技術(shù),相信“蟲臉識(shí)別”技術(shù)能夠幫助農(nóng)業(yè)專家更快、更準(zhǔn)確地預(yù)測病蟲害的發(fā)生。

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