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深層学習と次元削減技術を用いた環境変化にロバストな植物病自動診断システムの開発

研究課題

研究課題/領域番号 17K08033
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 農業環境・情報工学
研究機関法政大学

研究代表者

彌冨 仁  法政大学, 理工学部, 教授 (10386336)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2019年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2018年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2017年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
キーワード植物病害 / 自動診断 / 深層学習 / 機械学習 / 早期発見 / 植物病自動診断 / 植物病
研究成果の概要

植物病害の早期発見のために、画像を用いた自動診断および各種重要技術の開発を行った。24府県の試験場で撮影され、病気名と共に提供された4作物(きゅうり、トマト、なす、いちご)の画像計20万枚以上を用い病害識別器を構築した。得られた識別器の多くは交差検定法で9割以上の病害識別能を実現し、それらを現場で活用できるよう連携機関にwebで公開した。また実環境で優れた診断精度を実現するための過学習を抑える様々な手法(葉や茎などの注目領域の抽出、各種新しい学習手法、学習データの生成方法)や、広角画像から同時に診断が行える診断技術や、その際に精度の低下を抑える超解像技術の開発など、多岐にわたる成果を得た。

研究成果の学術的意義や社会的意義

植物病害は、農業生産の量と質に大きな損失となる。早期発見が重要であるが、診断は専門家の目視に頼っており時間的、金銭的なコストが課題となっている。スマートフォンや遠隔カメラなどによる、高速かつ安価で正確な自動診断技術が実現し、普及できれば、世界中において農業経済的な損失を減らすのみならず、今後の世界的な人口増大に伴う食糧事情の改善にも大きく貢献できる。我々は、本研究により得られた様々な成果を元に構築した植物病害識別器を、画像を提供してくださった24府県に実検証用のためwebで公開した。今後も逐次更新を予定しており、研究としての成果のみならず実践的な成果として今後の活用が期待される。

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (31件)

すべて 2020 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 2件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (18件) (うち招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Johns Hopkins University(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] Johns Hopkins University(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [雑誌論文] 植物病害自動診断技術の動向と課題2019

    • 著者名/発表者名
      彌冨 仁
    • 雑誌名

      日本神経回路学会誌

      巻: 26 号: 4 ページ: 123-134

    • DOI

      10.3902/jnns.26.123

    • NAID

      130007795115

    • ISSN
      1340-766X, 1883-0455
    • 年月日
      2019-12-05
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] AOP: An Anti-overfitting Pretreatment for Practical Image-based Plant Diagnosis2019

    • 著者名/発表者名
      Takumi Saikawa, Quan Huu Cap, Satoshi Kagiwada, Hiroyuki Uga, and Hitoshi Iyatomi
    • 雑誌名

      2019 IEEE International Conference on Big Data (Big Data)

      巻: - ページ: 5177-5182

    • DOI

      10.1109/bigdata47090.2019.9006567

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A comparable study: Intrinsic difficulties of practical plant diagnosis from wide-angle images2019

    • 著者名/発表者名
      Katsumasa Suwa, Quan Huu Cap, Ryunosuke Kotani, Hiroyuki Uga, Satoshi Kagiwada, and Hitoshi Iyatomi
    • 雑誌名

      2019 IEEE International Conference on Big Data (Big Data)

      巻: - ページ: 5195-5201

    • DOI

      10.1109/bigdata47090.2019.9006556

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Efficient feature embedding of 3D brain MRI images for content-based image retrieval with deep metric learning2019

    • 著者名/発表者名
      Yuto Onga, Shingo Fujiyama, Hayato Arai, Yusuke Chayama, Hitoshi Iyatomi and Kenichi Oishi
    • 雑誌名

      2019 IEEE International Conference on Big Data (Big Data)

      巻: - ページ: 3764-3769

    • DOI

      10.1109/bigdata47090.2019.9006364

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Super-resolution for practical automated plant disease diagnosis system2019

    • 著者名/発表者名
      Huu Quan Cap, Hiroki Tani, Hiroyuki Uga, Satoshi Kagiwada, and Hitoshi Iyatomi
    • 雑誌名

      Proc. Information Sciences and Systems (CISS2019)

      巻: - ページ: 1-6

    • DOI

      10.1109/ciss.2019.8692855

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Practical plant diagnosis system for field leaf images and feature visualization2018

    • 著者名/発表者名
      Erika Fujita, Hiroyuki Uga, Satoshi Kagiwada, and Hitoshi Iyatomi
    • 雑誌名

      International Journal of Engineering & Technology

      巻: 7 (4.11) 号: 4.11 ページ: 49-54

    • DOI

      10.14419/ijet.v7i4.11.20687

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] An end-to-end practical plant disease diagnosis system for wide-angle cucumber images2018

    • 著者名/発表者名
      Huu Quan Cap, Katsumasa Suwa, Erika Fujita, Satoshi Kagiwada, Hiroyuki Uga, and Hitoshi Iyatomi
    • 雑誌名

      International Journal of Engineering & Technology

      巻: 7 (4.11) 号: 4.11 ページ: 106-111

    • DOI

      10.14419/ijet.v7i4.11.20784

    • NAID

      120006715013

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Diagnosis of Multiple Infections of Cucumber with Convolutional Neural Networks2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Tani, Satoshi Kagiwada, Hiroyuki Uga and Hitoshi Iyatomi
    • 雑誌名

      Proc. IEEE Applied Imagery Pattern Recognition (IEEE AIPR 2018)

      巻: -

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Significant Dimension Reduction of 3D Brain MRI using 3D Convolutional Autoencoders2018

    • 著者名/発表者名
      Hayato Arai, Yusuke Chayama, Hitoshi Iyatomi, and Kenichi Oishi
    • 雑誌名

      Proc IEEE Biomedical Engineering (IEEE EMBC 2018)

      巻: 1 ページ: 5162-5165

    • DOI

      10.1109/embc.2018.8513469

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A Deep Learning Approach for on-site Plant Leaf Detection2018

    • 著者名/発表者名
      Quan Huu Cap, Erika Fujita, Satoshi Kagiwada, Hiroyuki Uga, and Hitoshi Iyatomi
    • 雑誌名

      Proc. IEEE Signal Processing and its Applications (IEEE CSPA 2018)

      巻: 1 ページ: 120-124

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 2段階の画像生成を活用した偏りのあるデータセットに対する実践的なdata augmentation2020

    • 著者名/発表者名
      菅野 怜、鍵和田聡、宇賀博之、彌冨 仁
    • 学会等名
      情報処理学会 第82回総合大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 同一被写体の多様性に対する制約variational lossの提案2020

    • 著者名/発表者名
      小田桐海翔、鍵和田聡、宇賀博之、彌冨 仁
    • 学会等名
      情報処理学会 第82回総合大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 茎部に発生する植物病害自動診断装置の提案2020

    • 著者名/発表者名
      塩田大河、鍵和田聡、宇賀博之、彌冨 仁
    • 学会等名
      情報処理学会 第82回総合大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 中央領域に注目する Center Attention による頑健性の高い植物病害診断装置の構築2020

    • 著者名/発表者名
      澁谷将吾、鍵和田聡、宇賀博之、彌冨 仁
    • 学会等名
      情報処理学会 第82回総合大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 深層学習を用いた作物部位ごとの植物病害画像診断システムの構築と早期診断モデル系による評価2020

    • 著者名/発表者名
      延原 愛、金井勇樹、上村駿介、松坂朱莉、廣岡裕吏、大島研郎、石川成寿、宇賀博之、彌冨 仁、鍵和田聡
    • 学会等名
      令和2年度植物病理学会大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 深層学習器を用いたキュウリ斑点細菌病の初期病徴における画像診断システムの開発と評価2020

    • 著者名/発表者名
      鈴木順也、谷 洋樹、小池友香、延原 愛、廣岡裕吏、石川成寿、彌冨 仁、鍵和田聡、大島研郎
    • 学会等名
      令和2年度植物病理学会大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 植物病害画像診断における技術的課題と進捗~農水省病害虫AI診断プロでの実践から~2020

    • 著者名/発表者名
      彌冨 仁
    • 学会等名
      第10回農業環境インベントリー研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 植物病に対する画像診断技術の現状と課題2020

    • 著者名/発表者名
      彌冨 仁
    • 学会等名
      2020年 電子情報通信学会 総合大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 深層学習器を用いたカンキツの病害虫診断システムの開発2019

    • 著者名/発表者名
      硲田孝之、中里正行、永野武史、岡崎敬、宮内陽介、高橋修一郎、宇賀博之、彌冨仁、鍵和田聡
    • 学会等名
      平成31年度 日本植物病理学会大会(つくば)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 2段階転移学習によるナス病害自動診断システム開発の試み2019

    • 著者名/発表者名
      田邉肇比古,鍵和田聡,宇賀博之,彌冨 仁
    • 学会等名
      情報処理学会 第81回全国大会(福岡)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 背景多様性の疑似拡張によるトマト自動診断への影響の調査2019

    • 著者名/発表者名
      小田桐海翔,彌冨 仁,鍵和田聡,宇賀博之
    • 学会等名
      情報処理学会 第81回全国大会(福岡)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 合成画像を用いたイチゴ葉病害自動診断システム開発の試み2019

    • 著者名/発表者名
      菅野怜、鍵和田聡、宇賀博之、彌冨仁
    • 学会等名
      情報処理学会 第81回全国大会(福岡)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 脳MRI画像における3次元オートエンコーダーによる特徴抽出時の中間表現の改善2019

    • 著者名/発表者名
      藤山眞吾,音賀優颯,新井颯人,茶山祐亮,彌冨 仁,大石健一
    • 学会等名
      情報処理学会 第81回全国大会(福岡)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 3次元脳MRI画像の類似症例検索システムのための深層距離学習を用いた優れた低次元表現の獲得2019

    • 著者名/発表者名
      音賀優颯,藤山眞吾,新井颯人,茶山祐亮,彌冨 仁,大石健一
    • 学会等名
      情報処理学会 第81回全国大会(福岡)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 画像マスクによる植物病害自動診断システムの過学習抑制の試み2018

    • 著者名/発表者名
      犀川 巧、藤田 恵梨香、鍵和田聡、宇賀博之、彌冨 仁
    • 学会等名
      2018年電子情報通信学会総合大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 複合感染の検出が可能な植物病害自動診断システムの試み2018

    • 著者名/発表者名
      谷 洋樹、藤田 恵梨香、鍵和田聡、宇賀博之、彌冨 仁
    • 学会等名
      2018年電子情報通信学会総合大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] A basic study on leaves detection with deep learning features2017

    • 著者名/発表者名
      Huu Quan CAP, Erika Fujita, Katsumasa Suwa, Satoshi Kagiwada, Hiroyuki Uga, and Hitoshi Iyatomi
    • 学会等名
      第16回情報科学技術フォーラム
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Convolutional Neural Networksを用いたキュウリ罹病葉の画像診断システムの開発2017

    • 著者名/発表者名
      黒川達嗣, 畠山恭輔, 宇賀博之, 藤田恵梨香, 川崎雄介, 彌冨 仁, 鍵和田 聡
    • 学会等名
      平成29年度 植物病理学会全国大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [備考] 彌冨 仁研究室 研究業績とプロジェクト

    • URL

      http://iyatomi-lab.info/project/overview

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2017-04-28   更新日: 2021-02-19  

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