هوش مصنوعی در خدمت کشاورزی و غذا

سید مجتبی حاجی امینی کارشناس ارشد مهندسی کامپیوتر نرم‌افزار کارشناس IT

در کشاورزی امروز انتخاب روش‌هایی که باعث صرفه‌جویی در زمان و هزینه می‌شود، حائز اهمیت است. هم‌چنین در انتخاب روش بررسی خواص و شرایط محصول باید از روشی استفاده کرد که موجب آسیب کمتر به محصول شود. پردازش تصویر و بینایی ماشین از همین موارد است که در علوم مختلف کاربرد ویژه‌ای پیداکرده و انجام عملیاتی خاص رو یک تصویر ساده‌ترین تعریف از پردازش تصویر است که نتیجه‌ی این عملیات، رسیدن به یک عکس پیشرفته‌تر یا استخراج اطلاعات مفید و کاربردی از تصویر است.

پردازش تصویر یکی از فناوری‌های هوش مصنوعی است که می‌تواند داده‌های بسیار مفیدی را از تصویر در اختیار ما قرار دهد. به‌طورکلی این سیستم‌ها به این صورت فعالیت می‌کنند که یک تصویر را به‌عنوان ورودی دریافت می‌کنند، تغییراتی روی تصویر، متناسب با اهداف موردنیاز ایجاد کرده و با ترفندهای متفاوتی اطلاعاتی که به آن نیاز دارند را استخراج می‌کنند و درنتیجه این اطلاعات را به‌طور دسته‌بندی‌شده و دقیق در اختیار شما قرار می‌دهند.

تکنیک‌هایی مانند تشخیص اشیا، تقسیم‌بندی تصویر و بازیابی تصویر فقط بخشی از فناوری پردازش تصویر محسوب می‌شوند. با توجه به اهمیت روزافزون آب در کل جهان -به‌ویژه ایران و تأمین مواد غذایی اصلی، استفاده از فناوری‌های مختلف برای بهبود شرایط کشاورزی بسیار حیاتی است. فناوری‌هایی مانند پردازش تصویر می‌تواند تا حد ممکن استفاده از آب را بهینه کرده و هم‌چنین محصولات باکیفیت بالاتر و استفاده از سموم کمتر را روانه بازار کنند.

 یکی از نکات مهم استفاده از این فناوری‌ها این است که در حال حاضر بسیاری از این روش‌ها به‌طور کاملاً عملی در ایران هم قابل‌اجرا هستند. ما می‌توانیم در بخش‌های مختلف با کمک فناوری‌های هوش مصنوعی و پردازش تصویر تا جای ممکن امور مربوط به کشاورزی را بهینه کنیم. همچنین در دامپروری، عملکرد انفرادی دام‌ها برای صفات تولیدی مختلف ثبت می‌شود و این اطلاعات برای انتخاب یا حذف یک دام مورداستفاده قرار می‌گیرد.

پردازش تصویر یکی از شاخه‌های مهم هوش مصنوعی است که در آن از خصوصیات استخراج‌شده از عکس‌های ثابت یا متحرک برای شناسایی و تصمیم‌گیری در مورد افراد، اشیاء و یا موضوعات مختلف استفاده می‌شود. استفاده از این فن‌آوری در دو دهه اخیر جایگزین برخی تشخیص‌های انسانی در امور نظامی، پزشکی، هوافضا، تشخیص هویت، رباتیک، دستگاه‌های امنیتی و نظایر آن شده است.

فرآیند ارزیابی دام‌های اهلی معمولاً کاری زمان‌بر و پرهزینه است. در چند سال اخیر به‌منظور افزایش دقت و سهولت ارزیابی‌ها استفاده از پردازش تصویر در کشاورزی و به‌ویژه در دامپروری برای تعیین کیفیت و کمیت محصولات تولیدی و فرآورده‌های فرعی دامی آغازشده است.

در اینجا لازم به یادآوری می‌دانم که امروزه تولید و بسته‌بندی مواد غذایی در دنیا بسیار رقابتی است و این صنعت به‌سرعت به سمت جلو گام برمی‌دارد. تولیدکنندگان در این صنعت برای حفظ کیفیت، قیمت رقابتی به‌نوبه خود به فن‌آوری‌های بینایی ماشین برای کنترل فرآیندهای تولید و بهبود بهره‌وری تولید نیازمند هستند. کیفیت مهم‌ترین جنبه صنعت مواد غذایی است زیرا محصول نهایی ارتباط مستقیمی با سلامت و رفاه مصرف‌کننده دارد.

 نیاز به پردازش‌ تصویر در صنایع‌ غذایی با افزایش آگاهی و انتظارات مصرف‌کنندگان در مورد جنبه‌های ایمنی و سلامت محصولات غذایی بسیار حائز اهمیت است. بسیاری از فرآیندهای نظارت بر کیفیت در صنایع غذایی توسط بازرسی انسانی انجام می‌شوند که کاری فشرده، خسته‌کننده، ناسازگار و ذهنی است. فن‌های پردازش تصویر برای ارزیابی کیفیت غذاهای مختلف سریع، ثابت و غیر مخرب هستند.

برخی از کاربردهای مختلف پردازش تصویر در صنایع غذایی

 دانه‌ها

پردازش تصویر برای تشخیص آلودگی حشرات، تشخیص عفونت قارچی در گندم استفاده می‌شود. همچنین پردازش تصویر در صنایع غذایی می‌تواند برای اندازه‌گیری تغییر پروفایل رطوبت و بررسی تغییرات ساختاری برنج در طول پخت با نظارت بر توزیع آب استفاده گردد. پردازش تصویر حرارتی برای تشخیص آلودگی حشرات در غلات و آسیب جوانه در گندم استفاده می‌شود.

میوه‌ها و سبزی‌ها

پردازش تصویر در صنایع غذایی برای طبقه‌بندی هلوهای دوشاخه و معمولی و تشخیص آسیب حشرات در انبه، کبودی و هسته آب در سیب، نقص در پیاز استفاده می‌شود. همچنین پردازش تصویر در صنایع غذایی می‌تواند برای تشخیص هسته گلابی، تجزیه‌وتحلیل کیفیت سیب‌زمینی و اندازه‌گیری میزان رسیده بودن گوجه‌فرنگی استفاده شود. از پردازش تصویر حرارتی می‌توان برای نظارت و ارزیابی زمان خشک شدن سطحی مرکبات استفاده کرد.

آجیل

پردازش تصویر در صنایع غذایی برای تشخیص اجسام خارجی در فندق استفاده می‌شود. وجود مواد خارجی ناخواسته مانند سنگ، تراشه فلز و مقوا در بادام، شاه‌بلوط و کشمش با استفاده از حس‌گرهای نوری و حرارتی شناسایی می‌شود.

قنادی

ریزساختار سلولی سه‌بعدی غذاهایی مانند شکلات، گل ختمی و کلوچه با استفاده از پردازش تصویر در صنایع غذایی مورد تجزیه‌وتحلیل قرار می‌گیرد. همچنین پردازش تصویر در صنایع غذایی می‌تواند برای مشاهده مهاجرت رطوبت در قنادی‌ها و مطالعه خواص آب‌رسانی مجدد ماکارونی استفاده شود.

گوشت و مرغ

از کاربردهای پردازش تصویر در صنایع غذایی در صنعت گوشت می‌توان به تخمین بازده گوشت دام و طیور، تعیین اجزای مختلف غذایی مانند آب و محتوای چربی در گوشت چرخ‌کرده، مرغ بدون استخوان پرچرب و میزان تازگی گوشت، اندازه‌گیری درصد گوشت بدون چربی، تعیین میزان چربی گوشت گاو و ژامبون استفاده می‌شود. همچنین از دوربین‌ها و حس‌گرهای مختلف برای تعیین کیفیت تخمک‌ها برای تشخیص عیوب مانند لکه‌های خونی، لکه‌های کثیفی و ترک‌های تخم استفاده می‌شود.

غذاهای بسته‌بندی‌شده

تشخیص فساد در مواد غذایی بسته‌بندی‌شده یک چالش بزرگ برای صنایع غذایی است زیرا نیاز به آزمایش مخرب نمونه و روش‌های وقت‌گیر دارد. پردازش تصویر در صنایع غذایی می‌تواند برای بررسی کیفیت غذا استفاده شود زیرا شاخص اصلی فساد مواد غذایی کاهش pH است. همچنین پردازش تصویر در صنایع غذایی برای تشخیص آلودگی باکتریایی در سس سویا، شیر و پنیر استفاده می‌شود. توموگرافی انسجام نوری می‌تواند برای تجزیه‌وتحلیل آنلاین و کنترل کیفیت فویل‌های چندلایه مورداستفاده در بسته‌بندی مواد غذایی استفاده شود.

دسته‌بندی (سورتینگ) هوشمند

دوربین‌ها و حس‌گرهای نوری برای درجه‌بندی میوه‌ها و سبزی‌ها مانند هلو، سیب، نارنگی، توت‌فرنگی، سیب‌زمینی، گوجه‌فرنگی و پیاز استفاده می‌شود.