THÔNG TIN VỀ LUẬN ÁN
Tên luận án: “Xây dựng giải pháp để phân loại xoài bằng phương pháp không phá hủy”.
Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Mã ngành: 9520216
Họ tên nghiên cứu sinh: Nguyễn Phước Lộc
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Chánh Nghiệm
Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Cần Thơ
1. Tóm tắt nội dung luận án
Xoài Cát Hòa Lộc (Mangifera indica L.) là nông sản phổ biến ở Việt Nam, có hàm lượng dinh dưỡng cao, thơm ngon và giá trị xuất khẩu. Gần đây, các giải pháp không phá hủy dựa trên phân tích quang phố và thị giác máy tính (CV) đã được sử dụng để đánh giá các thông số về chất lượng nội và ngoại quả cho mục đích phân loại. Hiện nay, phương pháp thủ công ở giai đoạn cuối quy trình phân loại xoài nhằm tìm quả đạt độ trưởng thành sinh lý và chất lượng đồng đều về bề mặt gặp khó khăn trong việc đảm bảo năng suất và độ chính xác. Vì vậy, luận án tập trung phát triển các giải pháp dựa trên chất lượng nội và ngoại quả. Các giải pháp xây dựng mô hình phân loại xoài dựa vào °Brix (tương quan độ ngọt), số ngày sau khi đậu trái (DAFS) và hàm lượng chất khô (DM) để đánh giá độ trưởng thành sinh lý. Bên cạnh đó, các mô hình hồi quy để dự đoán độ ngọt, DM và đo chính xác diện tích khiếm khuyết trên da xoài đã được xây dựng, phát triển và đánh giá.
Đối với phân loại xoài dựa trên chất lượng nội quả, kết quả thực nghiệm cho thấy mô hình phân loại chính xác độ ngọt xoài băng phương pháp RPR, trong đó các kỹ thuật như Random Forest (RF), Partial Least Squares regression (PLSR) và RF được áp dụng với cảm biển đa phố giá thấp, đạt độ chính xác huấn luyện và kiểm tra lần lượt là 100% và 82,1%. Hơn nữa, sai số dự đoán RMSEp khoảng 1,439 °Brix của mô hình PLSR từ dữ liệu đa phố giá thấp khẳng định tiêm năng mô hình. Để khách quan khẳng định hiệu suất PLSR, thuật toán tiền xử lý và chọn bước sóng, 6 mô hình máy học được xây dựng từ dữ liệu phố tương tác, phản xạ, vùng phố (410-940 nm) và (900-1700 nm) để dự đoán °Brix và DM cho thấy tiềm năng thuật toán RC trong chọn bước sóng cho mô hình PLSR tốt nhất, với RMSEp và RPD lần lượt là 1,258 °Brix và 2,074. Hiệu suất phân loại xoài của mô hình CARS-PLS-RF dựa trên DAFS và DM đạt độ chính xác kiêm tra là 85,7% với vụ nghịch và 83,4% với vụ thuận.
Ngoài ra, để giải quyết được hiện tượng biển đối sinh học và biến đổi khí hậu, các giải pháp hiệu chuẩn mô hình, dùng mô hình kết hợp đã được xây dựng và phát triển đề dự đoán “Brix và DM được hiệu quả và bên vững. Qua kết quả xây dựng mô hình dự đoán độ ngọt xoài, cho thấy mô hình PLS-CNN hai lớp tích chập đạt hiệu suất tốt nhất với hệ số tương quan khi kiểm tra đạt 0,855. Trong dự đoán DM, mô hình PLS-BiLSTM đảm bảo được sự ổn định qua các vụ mùa với hệ số tương quan đạt 0,789.
Đối với đánh giá chất lượng bên ngoài, giải pháp cân nhắc về năng suất và độ chính xác đã được thiết kế và xây dựng. Hệ thống CV với một camera có khả năng đáp ứng hiệu suất lên đến 1452 quả/giờ. Để tăng độ chính xác đo diện tích khiếm khuyết, hệ thống CV với 3 camera đã đánh giá được toàn diện 6 mặt xoài với giải thuật SMSI-PPOS có sai số tuyệt đôi trung bình (MAE) khoảng 3,5 khi đo khiếm khuyết nhân tạo 100 mm² và ước lượng khối lượng xoài với MAE khoảng 7,9. Từ kết quả của hai nhóm giải pháp không phá hủy đề xuất, cho thấy tiềm năng phát triển một hệ thống phân loại xoài tự động dựa vào chất lượng nội quả và khiếm khuyết trên da xoài trong tương lai.
2. Những kết quả mới của luận án:
Luận án đã đạt được những điểm mới như sau:
– Tìm được những dải tần quan trọng để xây dựng mô hình phân loại, hồi quy tối ưu cho xoài Cát Hòa Lộc.
– Thiết kế mô đun chụp ảnh xoài độc đáo giúp xoài tự xoay quanh trục của nó 360° và thu ảnh toàn bề mặt xoài từ đó xác định các ảnh bề mặt chính của xoài được chính xác làm cơ sở để phát hiện và xác định diện tích các khiếm khuyết bề mặt chính xác.
– Đề xuất giải thuật MSIS-PPOS dựa trên cắt lát ảnh xoài và xác định góc nghiêng của khiếm khuyết để tăng độ chính xác của kết quả xác định diện tích khiếm khuyết.
– Điểm khác biệt và sáng tạo khác của luận án được xác nhận với giải pháp tránh sự trùng lặp trong xác định và đo diện tích khiếm khuyết trên 6 mặt xoài chưa tìm thấy trong các công bố trước đây.
3. Các ứng dụng/khả năng ứng dụng trong thực tiễn, các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu:
Kết quả nghiên cứu của luận án mặc dù chưa triển khai thực tế tại doanh nghiệp mà chỉ dừng lại quy mô nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, nhưng các kết quả chính xác trong phân loại chất lượng quả xoài cho thấy tiềm năng khi áp dụng vào thực tế, đặc biệt khi nâng cao được năng suất phân loại.
Luận án đã bước đầu đề xuất các mô hình phân loại xoài dựa vào chất lượng bên ngoài (diện tích khiếm khuyết bề mặt, khối lượng) và một số giải pháp đánh giá chất lượng bên trong (độ ngọt, độ trưởng thành). Các giải pháp được đề xuất đều là tiếp cận đánh giá chất lượng theo kỹ thuật không phá hủy, cho thấy tiềm năng ứng dụng để phát triển một hệ thống tự động đánh giá và phân loại chất lượng xoài không phá hủy tại các hợp tác xã, cơ sở xuất khẩu xoài nơi mà việc phân loại chất lượng xoài chưa hiệu quả do vẫn còn được thực hiện thủ công, có thể kém chính xác và mất nhiều thời gian./.
