“蟲(chóng)臉識(shí)別”技術(shù)：害蟲(chóng)，來(lái)刷個(gè)臉

程醉

在茂密的辣椒地里，一只芫菁伸了伸懶腰，從睡夢(mèng)中醒來(lái)。這是一只芫菁的成蟲(chóng)，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(chóng)。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(lái)，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(duì)辣椒剛剛結(jié)出的嫩果大快朵頤的時(shí)候，正在幫家長(zhǎng)干農(nóng)活兒的同學(xué)發(fā)現(xiàn)了它。“螢火蟲(chóng)，螢火蟲(chóng)，這兒有一只螢火蟲(chóng)！”同學(xué)興奮地喊了起來(lái)。隨后，他便一把抓住了這只小蟲(chóng)子。可沒(méi)想到，剛剛抓到手中，他就感到一陣火燎般的刺痛。

原來(lái)，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(duì)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(chóng)呢？原來(lái)，豆芫菁和螢火蟲(chóng)不但外形長(zhǎng)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(méi)有能夠幫助我們辨識(shí)害蟲(chóng)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(guó)6 個(gè)省市推廣應(yīng)用的“蟲(chóng)臉識(shí)別”技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理

“蟲(chóng)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(lái)辨識(shí)圖片中昆蟲(chóng)的種類、數(shù)量，再配合當(dāng)?shù)氐臏囟取穸鹊刃畔ⅲC合評(píng)估出其對(duì)農(nóng)作物的危害程度。“蟲(chóng)臉識(shí)別”技術(shù)的整個(gè)工作過(guò)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(shù)樹(shù)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(guò)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(duì)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(guò)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(chóng)以及害蟲(chóng)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(píng)估出當(dāng)前田塊中的蟲(chóng)害發(fā)生等級(jí)，并提供合適的防治建議。

為害蟲(chóng)拍“寫真”

不過(guò)，昆蟲(chóng)的臉在哪里，或者說(shuō)哪里是昆蟲(chóng)的臉呢？

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

那么，我國(guó)的科學(xué)家又是如何做到通過(guò)“刷臉”來(lái)識(shí)別昆蟲(chóng)的呢？其實(shí)，答案也很簡(jiǎn)單，那就是給昆蟲(chóng)來(lái)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(chóng)長(zhǎng)相非常相似。比如，園林大害蟲(chóng)美國(guó)白蛾的成蟲(chóng)和柳毒蛾的成蟲(chóng)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(duì)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(chóng)臉識(shí)別”技術(shù)辨別這兩種害蟲(chóng)時(shí)，必須給它們多來(lái)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(chóng)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(shuí)都無(wú)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(shuō)，“蟲(chóng)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(chóng)實(shí)在太小，比如說(shuō)森林害蟲(chóng)紅脂大小蠹的成蟲(chóng)只有幾毫米長(zhǎng)，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(kù)里暫時(shí)還沒(méi)有的害蟲(chóng)，“蟲(chóng)臉識(shí)別”技術(shù)自然也就認(rèn)不出來(lái)了。

2023 年2 月，我國(guó)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(rùn)棉花的塑料管，里面各有一只個(gè)頭兒挺大的螞蟻。可是，利用我們的“蟲(chóng)臉識(shí)別”技術(shù)卻無(wú)法判斷出它們是否屬于害蟲(chóng)。后來(lái)，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(duì)農(nóng)作物沒(méi)有什么危害，但是會(huì)為了收獲柑橘、菠蘿等植物上害蟲(chóng)分泌的蜜液而對(duì)這些害蟲(chóng)進(jìn)行保護(hù)。大頭收獲蟻被很多人作為“異寵”來(lái)飼養(yǎng)，但其屬于間接性害蟲(chóng)，一旦擴(kuò)散到我國(guó)野外，后果不堪設(shè)想。

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

助農(nóng)幫手

水稻是我國(guó)主要的糧食作物之一，在全國(guó)各地都有大面積種植。而稻螟蟲(chóng)是危害水稻的常見(jiàn)害蟲(chóng)之一，它們的幼蟲(chóng)在稻莖、葉鞘內(nèi)取食，俗稱“水稻鉆心蟲(chóng)”。每年冬季，稻螟蟲(chóng)的幼蟲(chóng)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(duì)來(lái)年稻螟蟲(chóng)危害進(jìn)行預(yù)估的主要方法之一。

使用“蟲(chóng)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(chóng)提供了更為及時(shí)和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

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

利用“蟲(chóng)臉識(shí)別”技術(shù)，人們便可以拿出手機(jī)給蟲(chóng)子拍攝幾張不同角度的特寫照片，然后通過(guò)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(chóng)臉識(shí)別”技術(shù)已經(jīng)在安徽、江西等地開(kāi)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(chóng)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(cè)病蟲(chóng)害的發(fā)生。