木薯是發(fā)展中世界最重要的作物之一。其淀粉根和葉子是非洲每天超過5億人的主食。非洲產(chǎn)量占世界木薯總產(chǎn)量的一半;非洲大陸的主要種植者是剛果，科特迪瓦，加納，尼日利亞，坦桑尼亞和烏干達(dá)。

它也具有氣候適應(yīng)性，因?yàn)轭A(yù)計(jì)它會(huì)在較高溫度下提高產(chǎn)量。隨著氣候變化的持續(xù)發(fā)展，它作為主食的作用將變得越來越重要。

但與許多其他作物一樣，木薯易受病毒和其他植物病害的侵害。這些疾病可能影響木薯產(chǎn)量，使農(nóng)民付出代價(jià)，并威脅撒哈拉以南非洲的糧食安全。兩種疾病，木薯花葉病和木薯褐條病，已成為撒哈拉以南非洲木薯生產(chǎn)和糧食安全的最大制約因素，每年造成超過10億美元的損失。

這些植物病害對非洲來說并不陌生，幾十年來一直在造成損失。然而，受過訓(xùn)練的植物病害專家與農(nóng)民缺乏基礎(chǔ)設(shè)施和參與意味著農(nóng)民沒有接受過培訓(xùn)，無法在早期階段識(shí)別他們。這就是我們開始為智能手機(jī)創(chuàng)建疾病識(shí)別應(yīng)用程序的原因。我們測試了圖像識(shí)別模型(稱為卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))的能力，以準(zhǔn)確識(shí)別多達(dá)五種不同的木薯疾病。

該模型使用移動(dòng)設(shè)備的相機(jī)進(jìn)行部署。它的新穎之處在于它可以完全在智能手機(jī)上運(yùn)行而無需無線連接或獲得大處理能力。一旦農(nóng)民使用應(yīng)用程序識(shí)別出疾病，我們就會(huì)提供必要的信息，以便他們可以繼續(xù)治療他們的植物。

根據(jù)在坦桑尼亞進(jìn)行的研究，我們的研究結(jié)果表明，圖像識(shí)別模型在鑒定田間木薯病害方面的準(zhǔn)確率高達(dá)98%。

這些結(jié)果很有希望，因?yàn)槲覀兊姆椒ū葌鹘y(tǒng)的計(jì)算機(jī)視覺模型更容易實(shí)現(xiàn)。該模型還在桌面上進(jìn)行訓(xùn)練，其計(jì)算能力比訓(xùn)練圖像識(shí)別模型中使用的典型超級(jí)計(jì)算機(jī)小得多。這些結(jié)果突出了我們的方法有可能成為一種可靠，快速，經(jīng)濟(jì)且易于部署的數(shù)字植物疾病檢測策略。

我們還能夠在沒有互聯(lián)網(wǎng)連接的情況下在智能手機(jī)上部署該模型，這是其他用于植物疾病診斷的移動(dòng)應(yīng)用程序所無法做到的。對于非洲大陸，小農(nóng)的數(shù)據(jù)成本很高，離線診斷的能力至關(guān)重要。

創(chuàng)建數(shù)據(jù)集

傳統(tǒng)的疾病鑒定方法依賴于農(nóng)業(yè)專家的支持，這些專家來到田地并檢查作物。但這些方法在物流和人力基礎(chǔ)設(shè)施能力較低的國家是有限的，并且擴(kuò)大規(guī)模的成本很高。

在這些領(lǐng)域，智能手機(jī)為基于自動(dòng)圖像識(shí)別的現(xiàn)場植物疾病檢測提供了新工具，可以幫助進(jìn)行大規(guī)模的早期檢測。這是非洲可行的工具：采用智能手機(jī)在大陸上。

由于幾個(gè)原因，我們的技術(shù)適合為小農(nóng)提供幫助。首先，它很快：可以在不到一秒的時(shí)間內(nèi)用模型識(shí)別疾病。由于該應(yīng)用程序位于移動(dòng)設(shè)備上，因此也可以輕松部署在大面積區(qū)域 - 農(nóng)民不再需要等待農(nóng)業(yè)專家訪問并檢查他們的工廠

我們將與Android手機(jī)相關(guān)的模型與坦桑尼亞達(dá)累斯薩拉姆國際熱帶農(nóng)業(yè)研究所的研究人員合作進(jìn)行測試。

該模型有六個(gè)類別標(biāo)簽：三個(gè)疾病類別，兩個(gè)螨類損害類別和一個(gè)健康類別(即葉子上沒有疾病或螨蟲損害。)

然后，我們訓(xùn)練我們的模型以識(shí)別三種疾病和兩種類型的害蟲損害，或缺乏它們。在對模型進(jìn)行訓(xùn)練并將其加載到手機(jī)應(yīng)用程序后，研究人員開始在現(xiàn)場測試應(yīng)用程序。該研究所的工作人員會(huì)在手機(jī)上走動(dòng)，拿著電話到不同的木薯植物，看看應(yīng)用程序如何響應(yīng)。如果沒有發(fā)現(xiàn)疾病，應(yīng)用程序說葉子是健康的。

該模型能夠高度準(zhǔn)確地識(shí)別疾病，害蟲和健康植物- 在某些類別中高達(dá)98%。

該研究所的研究人員正在使用這種特殊模型。2018年的計(jì)劃步驟包括設(shè)計(jì)應(yīng)用程序，使其適合東非農(nóng)民，特別是女性農(nóng)民。例如，該應(yīng)用程序目前正在設(shè)計(jì)為英語和斯瓦希里語，具有文本和語音功能。我們的應(yīng)用程序與PlantVillage相關(guān)聯(lián)，PlantVillage是世界上作物健康免費(fèi)知識(shí)的最大來源。

巨大的變革機(jī)會(huì)

這種技術(shù)可以為小農(nóng)提供變革，他們生產(chǎn)非洲70%的糧食供應(yīng)。通過獲取有關(guān)其領(lǐng)域疾病的信息，該工具是一種有效的推廣系統(tǒng)，可以為小農(nóng)提供有針對性的診斷和建議。