UPF projeta software para contagem e classificação de pulgões em cereais de inverno

Os afídeos, ou pulgões, como são mais conhecidos, atuam como pragas associadas aos cereais de inverno. Inúmeras pesquisas monitoram as populações desses insetos, os tipos e a severidade dos danos diretos e indiretos causados por eles. Tradicionalmente, o processo de contagem em pesquisas é realizado de forma manual e depende de microscópios e de visão apurada de um especialista. Mas um acordo de cooperação técnica e científica entre a Universidade de Passo Fundo e a Embrapa Trigo, ligado a pesquisas em desenvolvimento no Programa de Pós-Graduação em Computação Aplicada (PPGCA) da Universidade, vem desenvolvendo uma metodologia de contagem e classificação de afídeos utilizando visão computacional. O software, denominado AphidCV, automatiza os processos de contagem, classificação e mensuração, além de oportunizar agilidade e maior precisão na tarefa.

A parceria entre pesquisadores da UPF com a Embrapa Trigo é de longa data. O projeto de criação da ferramenta iniciou como um problema de pesquisa trazido pela Embrapa até o PPGCA, relacionado à contagem e à classificação de afídeos em cereais de inverno. O processo é realizado atualmente de forma manual, sendo, portanto, tarefa demorada que tende a um índice de erro elevado pela interferência de fatores como fadiga, ilusões visuais e tédio. A automação das contagens e a classificação de afídeos utilizando métodos computacionais de processamento de imagens foram apresentadas como uma alternativa para tornar a tarefa mais rápida e precisa, requerendo menos recursos humanos.

Diante da problemática, foi proposta uma dissertação para criação de uma metodologia de contagem e classificação de afídeos utilizando visão computacional para a espécie Rhopalosiphum padi. O trabalho, desenvolvido pelo egresso da UPF Elison Alfeu Lins e orientado pelo professor Dr. Rafael Rieder, contemplou o uso de técnicas de processamento de imagens e deep learning para automatizar o processo de análise de placas com os insetos. “Seguimos diretrizes bem definidas para geração da metodologia e implementação de uma versão de software para testes. O objetivo se concentrou na redução de erros relacionados à fadiga, na aceleração do processo de contagem, na mensuração imediata dos pulgões em largura, comprimento, área, perímetro e peso, além do aumento da confiabilidade dos resultados”, explica o professor que orienta o desenvolvimento.

Cooperação técnica e científica
O acordo de cooperação técnica e científica entre a UPF e a Embrapa estabelece um plano de trabalho que propõe a homologação do método rápido e automatizado para contagem e classificação de pulgões, a definição de protocolo de coleta e a criação de uma versão funcional do software com suporte para identificação de outras espécies. Como resultado, é estabelecido o registro do programa de computador da versão atual e suas atualizações para uso aberto por parte da sociedade, com resultado do projeto “Plataforma integrada para monitoramento, simulação e tomada de decisão no manejo de epidemias causadas por vírus transmitidos por insetos”.

O plano prevê três anos de trabalho, iniciando em 2018. “Nossa expectativa é ter duas versões do produto até 2020 e dar continuidade em novo projeto que considera o acompanhamento de pragas em campo aberto”, comenta Rieder. Para ele, a cooperação entre as duas instituições evidencia a importância dos estudos de Computação Aplicada da UPF em áreas relevantes do setor produtivo mundial, como a Agricultura. “Esse acordo permite estreitar ainda mais os laços de colaboração entre a UPF e a Embrapa Trigo, para a continuidade de pesquisas e parceria em novos projetos científicos, com capacidade de gerar produtos tecnológicos úteis ao homem do campo, aos centros de pesquisa e à indústria”, destaca ele.

O software
Conforme o professor Rieder, esse produto está sendo desenvolvido com recursos da biblioteca de visão computacional OpenCV, utilizando as linguagens de programação Java e Python, e as bibliotecas de inteligência artificial TensorFlow e Keras. Para tanto, a equipe de desenvolvimento utiliza computadores com processamento em GPU do Laboratório de Computação de Alto Desempenho, do Núcleo de Visualização e Modelagem Computacional do UPF Parque. “Esse espaço está atrelado ao PPGCA e congrega alunos dos cursos da área de Informática em diferentes frentes de pesquisa, como visão computacional, realidade virtual, programação paralela e distribuída, além de modelagem e simulação”, comenta ele.

Além do professor Rafael Rieder, o trabalho conta com o suporte dos pesquisadores da Embrapa Trigo, Douglas Lau e Paulo Roberto Valle da Silva Pereira, e de alunos de iniciação científica dos cursos de Agronomia, Juliana Pivato e Marília Balotin Lima, do curso de Ciência da Computação, João Pedro Mazuco Rodriguez, e do curso de Engenharia de Computação, Sandy Ismael Scoloski, além do egresso do PPGCA, Elison Alfeu Lins. “O desenvolvimento do software é responsabilidade da UPF. Já a Embrapa Trigo é responsável pela criação dos afídeos e pela validação da classificação do software. Em conjunto, será definido o protocolo para processamento de amostras, captura e digitalização em imagens”, explica Rieder.

A partir dessa cooperação, as instituições esperam oferecer uma ferramenta para que pesquisadores da área da agricultura possam aumentar o número de análises e melhorar o percentual de confiabilidade dos resultados obtidos em laboratório e campo. “Cabe destacar que, recentemente, a versão atual da ferramenta, com precisão de aproximadamente 92%, foi demonstrada no 23ª Biannual International Plant Resistance to Insects Symposium. Empresas e pesquisadores de insetos de todo o mundo mostraram bastante interesse no produto, manifestando o desejo de futuras parcerias e transferência de tecnologia”, ressalta o professor. Ele ainda cita que o evento ocorreu no Rothamsted Research, no Reino Unido, um centro de pesquisa sem fins lucrativos e líder mundial em ciência agrícola estratégica para o benefício dos agricultores e da sociedade em todo o mundo.