PRZETWARZANIE GRAFICZNYCH DANYCH EMPIRYCZNYCH DLA POTRZEB EDUKACJI SZTUCZNYCH SIECI NEURONOWYCH, MODELUJĄCYCH WYBRANE ZAGADNIENIA INŻYNIERII ROLNICZEJ

Podobne dokumenty
WPŁYW LICZBY ZMIENNYCH NA JAKOŚĆ DZIAŁANIA NEURONOWEGO MODELU DO IDENTYFIKACJI MECHANICZNYCH USZKODZEŃ ZIARNIAKÓW KUKURYDZY

KONWERSJA OBRAZÓW CYFROWYCH DO POSTACI ZBIORÓW UCZĄCYCH DLA POTRZEB MODELOWANIA NEURONOWEGO

WPŁYW KOMPRESJI BARW NA DZIAŁANIE NEURONOWEGO MODELU IDENTYFIKACYJNEGO

WYZNACZANIE WARTOŚCI PODSTAWOWYCH PARAMETRÓW TECHNICZNYCH NOWOCZESNYCH KOMBAJNÓW ZBOŻOWYCH PRZY UŻYCIU SSN

NEURAL IMAGE DATA COMPRESSION IN THE PROCESS OF IDENTIFICATION OF SELECTED AGRICULTURAL OBJECTS

KLASYFIKACJA TEKSTUR ZA POMOCĄ SVM MASZYNY WEKTORÓW WSPIERAJĄCYCH

KOMPUTEROWY MODEL UKŁADU STEROWANIA MIKROKLIMATEM W PRZECHOWALNI JABŁEK

Prof. Stanisław Jankowski

1. Historia 2. Podstawy neurobiologii 3. Definicje i inne kłamstwa 4. Sztuczny neuron i zasady działania SSN. Agenda

OCENA EFEKTYWNOŚCI NEURONOWEGO PROGNOZOWANIA W OPARCIU O WYBRANE METODY NA PRZYKŁADZIE DYSTRYBUCJI PRODUKTÓW ROLNICZYCH

OCENA WYBRANYCH CECH JAKOŚCI MROŻONEK ZA POMOCĄ AKWIZYCJI OBRAZU

ANALIZA WYDAJNOŚCI PRODUKCYJNEJ RODZINNEGO GOSPODARSTWA ROLNEGO PRZY POMOCY SIECI NEURONOWEJ

Wykaz tematów prac inżynierskich dla studentów studiów stacjonarnych kierunku Informatyka i agroinżynieria w roku akademickim 2014/2015

Pattern Classification

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Zagadnienia egzaminacyjne AUTOMATYKA I ROBOTYKA. Stacjonarne I-go stopnia TYP STUDIÓW STOPIEŃ STUDIÓW SPECJALNOŚĆ

P R Z E T W A R Z A N I E S Y G N A Ł Ó W B I O M E T R Y C Z N Y C H

ZASTOSOWANIE AUTORSKIEJ METODY WYZNACZANIA WARTOŚCI PARAMETRÓW NOWOCZESNYCH SYSTEMÓW TECHNICZNYCH DO PŁUGÓW I OPRYSKIWACZY POLOWYCH

Streszczenie. Słowa kluczowe: modele neuronowe, parametry ciągników rolniczych

COMPUTER SYSTEM "nstraw" ASSISTING A NEURAL IDENTIFICATION OF COMPOST MATURITY

Wykaz tematów prac inżynierskich dla studentów studiów stacjonarnych kierunku Informatyka i agroinżynieria w roku akademickim 2013/2014

Zastosowanie sztucznych sieci neuronowych w prognozowaniu szeregów czasowych (prezentacja 2)

WYKORZYSTANIE ALGORYTMÓW ROZPOZNAWANIA OBRAZU W BADANIACH NAUKOWYCH NA PRZYKŁADZIE PROGRAMU ZIEMNIAK-99

PRZEWODNIK DYDAKTYCZNY I PROGRAM NAUCZANIA PRZEDMIOTU FAKULTATYWNEGO NA KIERUNKU LEKARSKIM ROK AKADEMICKI 2016/2017

Akademia Górniczo - Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie. Projekt. z przedmiotu Analiza i Przetwarzanie Obrazów

InŜynieria Rolnicza 14/2005. Streszczenie

Podstawy grafiki komputerowej

SPOTKANIE 2: Wprowadzenie cz. I

MODELOWANIE SYSTEMU OCENY WARUNKÓW PRACY OPERATORÓW STEROWNI

NEURAL IDENTIFICATION OF SELECTED KINDS OF INSECTS BASED ON COMPUTER TECHNOLOGY FOR THE IMAGES ANALYSIS

Gimp Grafika rastrowa (konwersatorium)

MODELOWANIE STANÓW CZYNNOŚCIOWYCH W JĘZYKU SIECI BAYESOWSKICH

Metody systemowe i decyzyjne w informatyce

APLIKACJE KOMPUTEROWE DO OCENY WYBRANYCH PARAMETRÓW SENSORYCZNYCH PRODUKTÓW ROLNO-SPOŻYWCZYCH

Zamiana reprezentacji wektorowej na rastrową - rasteryzacja

METODA WARTOŚCIOWANIA PARAMETRÓW PROCESU PLANOWEGO OBSŁUGIWANIA TECHNICZNEGO MASZYN ROLNICZYCH

Wizja maszynowa w robotyce i automatyzacji Kod przedmiotu

Algorytmy decyzyjne będące alternatywą dla sieci neuronowych

i ruchów użytkownika komputera za i pozycjonujący oczy cyberagenta internetowego na oczach i akcjach użytkownika Promotor: dr Adrian Horzyk

KARTA PRZEDMIOTU. W5/1;W16/1 W5 Zna podstawowe metody przetwarzania wstępnego EP WM K_W9/3; obrazów barwnych.

KOMPUTEROWE WSPOMAGANIE CHEMICZNEJ OCHRONY ROŚLIN PRZY POMOCY PROGRAMU HERBICYD-2

PIPP

THE NEURAL NETWORKS OF THE TYPE MLP AND RBF AS CLASSIFYING TOOLS IN PICTURE ANALYSIS

OKREŚLENIE PRĘDKOŚCI PORUSZANIA SIĘ SZKODNIKÓW Z WYKORZYSTANIEM KOMPUTEROWEJ ANALIZY OBRAZU

SYSTEM BIOMETRYCZNY IDENTYFIKUJĄCY OSOBY NA PODSTAWIE CECH OSOBNICZYCH TWARZY. Autorzy: M. Lewicka, K. Stańczyk

SYSTEMY KONTROLI DOSTĘPU WYKORZYSTUJĄCE CZYTNIKI BIOMETRYCZNE

Diagnostyka procesów przemysłowych Kod przedmiotu

Automatyczne tworzenie trójwymiarowego planu pomieszczenia z zastosowaniem metod stereowizyjnych

Inżynieria Rolnicza 5(114)/2009

PROGNOZOWANIE CENY OGÓRKA SZKLARNIOWEGO ZA POMOCĄ SIECI NEURONOWYCH

6. Algorytmy ochrony przed zagłodzeniem dla systemów Linux i Windows NT.

Maciej ZABOROWICZ, Piotr BONIECKI, Krzysztof ŚWIERCZYŃSKi Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu Instytut Inżynierii Rolniczej

Przetwarzanie obrazów rastrowych macierzą konwolucji

ZASTOSOWANIE TECHNOLOGII WIRTUALNEJ RZECZYWISTOŚCI W PROJEKTOWANIU MASZYN

Waldemar Izdebski - Wykłady z przedmiotu SIT / Mapa zasadnicza 30

Kierunek: Mechatronika Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne. Wykład Ćwiczenia

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

dr inż. Piotr Odya dr inż. Piotr Suchomski

Wybrane zagadnienia w pracy z danymi rastrowymi w ArcGIS Marcin Paź Esri Polska

Podstawy przetwarzania obrazów teledetekcyjnych. Format rastrowy

Operator rozciągania. Obliczyć obraz q i jego histogram dla p 1 =4, p 2 =8; Operator redukcji poziomów szarości

AUTOMATYKA INFORMATYKA

Katalog dobrych praktyk digitalizacyjnych dla obiektów bibliotecznych

Przygotowanie zdjęcia do publikacji w Internecie

Transformata Fouriera

oraz kilka uwag o cyfrowej rejestracji obrazów

The development of the technological process in an integrated computer system CAD / CAM (SerfCAM and MTS) with emphasis on their use and purpose.

Analiza obrazu. wykład 1. Marek Jan Kasprowicz Uniwersytet Rolniczy Marek Jan Kasprowicz Analiza obrazu komputerowego 2009 r.

KLASYFIKACJA. Słownik języka polskiego

Ćwiczenie 6. Transformacje skali szarości obrazów

WYKŁAD 12. Analiza obrazu Wyznaczanie parametrów ruchu obiektów

POSTĘPY W KONSTRUKCJI I STEROWANIU Bydgoszcz 2004

Analiza głównych składowych- redukcja wymiaru, wykł. 12

Wymagania edukacyjne na ocenę z informatyki klasa 3

Projekt rejestratora obiektów trójwymiarowych na bazie frezarki CNC. The project of the scanner for three-dimensional objects based on the CNC

Według raportu ISO z 1988 roku algorytm JPEG składa się z następujących kroków: 0.5, = V i, j. /Q i, j

TADEUSZ KWATER 1, ROBERT PĘKALA 2, ALEKSANDRA SALAMON 3

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Jak przygotować pliki gotowe do publikacji w sieci za pomocą DigitLabu?

Egzamin / zaliczenie na ocenę*

Informatyka- studia I-go stopnia

Lista zagadnień kierunkowych pomocniczych w przygotowaniu do egzaminu dyplomowego magisterskiego Kierunek: Mechatronika

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Rok akademicki: 2017/2018 Kod: RIA s Punkty ECTS: 2. Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne

Analiza składowych głównych. Wprowadzenie

CHARAKTERYSTYKA I ZASTOSOWANIA ALGORYTMÓW OPTYMALIZACJI ROZMYTEJ. E. ZIÓŁKOWSKI 1 Wydział Odlewnictwa AGH, ul. Reymonta 23, Kraków

Widzenie komputerowe (computer vision)

SZTUCZNA INTELIGENCJA

ZASTOSOWANIE APLIKACJI KOMPUTEROWEJ TRACE DO OCENY IDENTYFIKACJI OBIEKTÓW RUCHOMYCH

FOTOGRAMETRIA I TELEDETEKCJA

DEKOMPOZYCJA HIERARCHICZNEJ STRUKTURY SZTUCZNEJ SIECI NEURONOWEJ I ALGORYTM KOORDYNACJI

Program do konwersji obrazu na cig zero-jedynkowy

Akademia Górniczo-Hutnicza

Wykład wprowadzający

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA

DOBÓR ŚRODKÓW TRANSPORTOWYCH DLA GOSPODARSTWA PRZY POMOCY PROGRAMU AGREGAT - 2

Efekty kształcenia na kierunku AiR drugiego stopnia - Wiedza Wydziału Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki Politechniki Opolskiej

Implementacja filtru Canny ego

Transkrypt:

Inżynieria Rolnicza 2(90)/2007 PRZETWARZANIE GRAFICZNYCH DANYCH EMPIRYCZNYCH DLA POTRZEB EDUKACJI SZTUCZNYCH SIECI NEURONOWYCH, MODELUJĄCYCH WYBRANE ZAGADNIENIA INŻYNIERII ROLNICZEJ Krzysztof Nowakowski, Piotr Boniecki, Jerzy Weres, Wojciech Mueller Instytut Inżynierii Rolniczej, Akademia Rolnicza w Poznaniu Streszczenie. Wykorzystanie sztucznych sieci neuronowych do odwzorowania wielowymiarowych graficznych zbiorów danych jest nieefektywne a nawet wręcz niemożliwe, co może być spowodowane chociażby niejednorodną reprezentacją wielkości w układzie czy rozmiarem wektora tych wielkości. W takich przypadkach wskazane jest użycie bloku przetwarzania wstępnego tzw. preprocesora. Zaprojektowanie i wytworzenie systemu informatycznego dla tego właśnie celu pozwoliło na transformację danych pierwotnych (zdjęcia fotograficzne) do takiej reprezentacji danych, która będzie odpowiednia dla wykorzystania procesie uczenia sieci neuronowej [Tadeusiewicz i in. 1991]. Słowa kluczowe: piksel, filtracja, segmentacja, kompresja, składowe RGB Wprowadzenie Systemy wizyjne zyskują w ostatnich latach coraz większą popularność. Znajdują zastosowanie w coraz większej ilości dziedzin. Stosowane są w wyposażeniu robotów, przy nadzorowaniu procesów przemysłowych, sterowaniu ruchem drogowym, identyfikacji osób i obiektów. Przez zastosowanie odpowiednich operacji przetwarzania obrazów można uzyskać informacje, które normalnie nie są rozróżniane przez system wzrokowy człowieka [Marciniak i in. 1999]. W celu efektywnego wykorzystania obrazu jako źródła informacji należy przetworzyć go na postać cyfrową, a następnie przeprowadzić jego szczegółowy proces analizy w skład, którego wchodzą: segmentacja, lokalizacja obiektów oraz wyznaczanie ich cech. Często jednak przed rozpoczęciem tego procesu konieczne jest polepszenie, jakości obrazu, a w szczególności jego filtracja (eliminacja zakłóceń) oraz wyostrzanie. Te ostatnie operacje odwołują się do procesu przetwarzania obrazu. Dodatkowo przetwarzanie obrazu daje możliwość automatycznej regulacji położenia i wielkości badanego obiektu w kadrze, co pozwala na maksymalne wykorzystanie informacji, jaką możemy uzyskać z systemu wizyjnego [Choraś 2005; Malina 2005]. 243

Krzysztof Nowakowski, Piotr Boniecki, Jerzy Weres, Wojciech Mueller Projekt naukowo-badawczy Celem projektu naukowo-badawczego realizowanego przez autorów była identyfikacja mechanicznych uszkodzeń ziarniaków za pomocą sztucznej sieci neuronowej wykorzystującej trzy cechy: kolor ziarniaka (w skali RGB), jego rozmiar oraz pole powierzchni. Celem dodatkowym było wytworzenie oprogramowania wspomagającego przygotowanie zbiorów uczących dla sztucznej sieci neuronowej, której zadaniem jest identyfikacja wspomnianych wyżej mechanicznych uszkodzeń ziarniaków. Aplikacja do przygotowywania zbiorów uczących - LOKALIZACJA OBIEKTÓW - SEGMENTACJA - WYZNACZANIE ICH CECH - ZAPIS DO ZBIORU UCZĄCEGO Rys. 1. Fig. 1. Uproszczony schemat działania aplikacji przygotowującej zbiory uczące dla potrzeb edukacji sztucznych sieci neuronowych Simplified scheme of functioning system to prepare sets to teaching process of artificial neural network Działanie wytworzonego systemu informatycznego Narzędzie do przetwarzania obrazu przebiega w kilku etapach. Etap pierwszy - po wczytaniu fotografii do aplikacji użytkownik wybiera obszar, na którym znajduje się obiekt do identyfikacji. Rys.2. Fig. 2. Pierwszy etap działania systemu First stage of functioning system 244

Przetwarzanie graficznych danych... Etap drugi - po wybraniu z listy filtra (rys. 3.) następuje interpolacja badanego obszaru do rozdzielczości 256x256 pikseli (rys. 4.) z zachowaniem geometrii obiektu a następnie jego lokalizacja metodą detekcji krawędzi (rys. 5.). Rys. 3. Fig. 3. Wybór filtra Choice of filter Rys. 4. Fig. 4. Interpolacja zaznaczonego obiektu Interpolation of marked subject 245

Krzysztof Nowakowski, Piotr Boniecki, Jerzy Weres, Wojciech Mueller Rys. 5. Fig. 5. Lokalizacja obiektu Subject location Etap trzeci - zlokalizowany obiekt poddany zostaje segmentacji według wybranego wariantu rozmiaru segmentu. Możliwe rozmiary segmentu: 32x32 1 przypadek uczący; 16x16 1 przypadek uczący; 8x8 1 przypadek uczący. Aby wspomóc późniejszy proces identyfikacji użytkownik ma możliwość wskazania dodatkowego segmentu zawierającego cechy szczególne obiektu Podczas tego etapu mierzone są również pozostałe dwie cechy identyfikowanego obiektu, tzn. rozmiar (jako stosunek wysokości do szerokości) oraz pole powierzchni. Rys. 6. Fig. 6. Segmentacja obiektu Subject segmentation 246

Przetwarzanie graficznych danych... Etap czwarty - zapis danych do pliku, który stanowi podstawę zbioru uczącego. Rys.7. Fig. 7. Zapis do zbioru uczącego Saving to learning set Dane o barwie każdego piksela (RGB) w obszarze identyfikacji zapisywane są do pliku o rozszerzeniu *.csv format zapisu akceptowany przez MS Excel (1) i pakiet Statistica v.6.0 (2). Każdy segment to jeden przypadek uczący (1 wiersz) Każdy piksel to 1 zmienna. Tak przygotowane dane służą jako zbiory uczące dla sztucznych sieci neuronowych. Projektowanie i trening sieci neuronowych przebiega w symulatorze SSN Statistica v.6.0. Zbiory uczące mogą podlegać dalszej obróbce np.: redukcji ilości zmiennych przy pomocy SSN uczonej algorytmem PCA (kompresja danych), badaniu poziomu istotności zmiennych na jakość identyfikacji przy pomocy algorytmów genetycznych. Wnioski 1. Zastosowanie wytworzonego systemu informatycznego pozwoliło na transformację danych pierwotnych prezentowanych w postaci zdjęć fotograficznych do takiej reprezentacji danych, która jest odpowiednia dla wykorzystania w procesie uczenia sieci neuronowej. 2. Analiza wpływu segmentacji obrazu w oparciu o różne matryce oraz uśrednianie pikseli (wstępna kompresja) pozwoliła na wybranie jako optymalnej rozdzielczość 256x256 pikseli. 3. Celem przetwarzania wstępnego była ekstrakcja cech takich jak kolor, wymiar i pole powierzchni zrealizowana na zbiorze zdjęć oraz uzyskanie reprezentatywnego zbioru informacji zapisanego w możliwie najmniejszym wymiarze. 247

Krzysztof Nowakowski, Piotr Boniecki, Jerzy Weres, Wojciech Mueller Bibliografia Choraś R. 2005. Komputerowa wizja. Metody interpretacji i identyfikacji obiektów Wyd. EXIT. s. 10-30. Malina W., Smiatacz M. 2005. Metody cyfrowego przetwarzania obrazów. Wyd. EXIT. s. 1-40. Marciniak A., Korbicz J. 1999. Diagnozowanie dynamicznych obiektów nieliniowych z wykorzystaniem statycznych sieci neuronowych. Mat. XIII Krajowej Konferencji Automatyki. Tadeusiewicz R., Flasiński M. 1991. Rozpoznawanie obrazów PWN Warszawa. s. 4-50. PROCESSING GRAPHIC EMPIRICAL DATA FOR THE NEEDS OF EDUCATION OF ARTIFICIAL NEURAL NETWORKS, MODELING SELECTED PROBLEMS OF AGRICULTURAL ENGINEERING Summary. The use of artificial neural networks for representing multidimensional graphic data sets is ineffective and even not possible, which can be caused for example by heterogeneous representation of the parameter in the system or the size of the vector of these parameters. In such cases it is advisable to use a preprocessing block, the so called preprocessor. Developing and making IT system specifically for this purpose allowed to transform the primary data (photographic pictures) into data representation, to be appropriate for using in the neural network learning process. Key words: pixel, filtration, segmentation, compression, element of RGB Adres do korespondencji: Boniecki Piotr; e-mail: bonie@au.poznan.pl Instytut Inżynierii Rolniczej Akademia Rolnicza w Poznaniu ul. Wojska Polskiego 50 60-627 Poznań 248