Rice bacterial blight and blast diseases recognition using deep learning techniques

Main Article Content

เตชินท์ วรสิทธิ์
Teera Phatrapornnant
Theerayut Toojinda
Wasin Sinthupinyo
Kantip Kiratiratanapruk
Pitchayagan Temniranrat
Apichon Kitvimonrat
Jintana Unartngam
Sujin Patarapuwadol

Abstract

Rice is one of the main economic agriculture products of Thailand. One of factors which cause the decline in both quality and quantity of such product is the spreading of rice diseases which has Blight and Blast as main diseases. From the report, both diseases can be infected and destroy rice from the sapling stage to the yield stage with the damage up to 50% for Blight and 0.4% to 100% for Blast. If the diagnosis has been done accurately and in time, the damages can be diminished with the most effective solution. This research purpose is to implement the deep learning technique used specifically for recognizing rice blight and blast rice diseases images and developing the classification system for both diseases’ symptom pictures took from the rice fields. The result indicated that the YOLOv3 deep learning technique has the highest effectiveness in recognizing both diseases with the average accuracy in blight and blast rice diseases classification at 90.33% and 86.46% consecutively, while the mean average precision, mean Average Precision (mAP) is at 79.19%. Nevertheless, the reviewing for correctness YOLOv3 system by testing with a set of non-training pictures of blight and blast symptoms, the result showed that accuracy is decline to 87.50% and 74.00% respectively. Moreover, mAP is further decrease when large number of diseases added to deep learning training. The reduction of effectiveness of deep learning for disease recognition caused by the poor quality of pictures and the similarity of the disease symptom in many diseases. The successfulness in developing system using deep learning technique in rice disease recognition based on disease symptom image analysis are showed in this research. This system can be implemented as a tool for rice farmers to classify rice diseases via mobile application platform along with plant pathologist advice for more accurate diagnosis.

Article Details

How to Cite
วรสิทธิ์ เ., Phatrapornnant, T. ., Toojinda, T. ., Sinthupinyo, W. ., Kiratiratanapruk, K. ., Temniranrat, P., Kitvimonrat, A. ., Unartngam, J. ., & Patarapuwadol, S. . (2021). Rice bacterial blight and blast diseases recognition using deep learning techniques. Khon Kaen Agriculture Journal, 50(1), 216–228. retrieved from https://li01.tci-thaijo.org/index.php/agkasetkaj/article/view/249570
Section
บทความวิจัย (research article)

References

กองวิจัยและพัฒนาข้าว. 2559. องค์ความรู้เรื่องข้าว. แหล่งข้อมูล: http://www.ricethailand.go.th/rkb3/contacts.htm. ค้นถึงเมื่อ 18 มิถุนายน 2564.

คมชัดลึก. 2562 . ลามหนัก โรคไหม้คอรวงข้าวระบาด ระดมไตรโคเดอร์มาป้องกัน. แหล่งข้อมูล: https://www.komchadluek.net/news/agricultural/396560. ค้นเมื่อ 8 มีนาคม 2563.

ปริศนา วงค์ล้อม. 2558. การประเมินโครงสร้างประชากรของเชื้อ Xanthomonas oryzae pv. oryzae สาเหตุโรคขอบใบแห้งของข้าว. วิทยานิพนธ์ปริญญาดุษฏีบัณฑิต, มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์, กรุงเทพมหานคร.

พูนศักดิ์ เมฆวัฒนากาญจน์ และ วีณา เมฆวัฒนากาญจน์. 2559. โรคไหม้ของข้าว. โรงพิมพ์มหาวิทยาลัยอุบลราชธานี, อุบลราชธานี.

พูนศักดิ์ เมฆวัฒนากาญจน์, พะยอม ศรีจำปา, อัจฉราพร ณ ลำปาง เนินพลับ, ถนอมจิตร์ ฤทธิ์มนตรี, กุลชนา เกศสุวรรณ, ธวัทชัย พรหมรักษา และสงวน เที่ยงดีฤทธิ์. ม.ป.ป.. ผลงานวิจัยฉบับเต็มเพื่อขอประเมินเพื่อแต่งตั้งให้ดำรงตำแหน่งนักวิชาการเกษตร 8 ว. / พูนศักดิ์เมฆวัฒนากาญจน์. อุบลราชธานี. กลุ่มวิจัย ศูนย์วิจัยข้าวอุบลราชธานี สำนักวิจัยและพัฒนาการเกษตร เขตที่ 4.

วิชัย โฆสิตรัตน. 2549. บทปฏิบัติการแบคทีเรียโรคพืช. ภาควิชาโรคพืช คณะเกษตร กำแพงแสน มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์, นครปฐม.

ศูนย์ติดตามและแก้ไขปัญหาภัยพิบัติด้านการเกษตร กระทรวงเกษตรและสหกรณ์. 2562. รายงานสถานการณ์ภัยพิบัติด้านการเกษตร วันที่ 4 ธันวาคม 2562. แหล่งข้อมูล: https://www.moac.go.th/warning-preview-412991791943. ค้นเมื่อ 29 มิถุนายน 2564.

สำนักงานเศรษฐกิจการเกษตร. 2563. สถิติการเกษตรของประเทศไทย ปี 2562, กรุงเทพมหานคร.

สรินนา อ่ำรุ่ง, ธิดา เดชฮวบ, เนตรนภิส เขียวขำ, อรอุมา เพียซ้าย, วันวิสา ศิริวรรณ์ และ ศรีเมฆ ชาวโพงพาง. 2561. การจำแนกเชื้อรา Pyricularia species ที่แยกจากข้าวและหญ้าด้วยลักษณะสัณฐานวิทยา และ Pot2 rep–PCR Identification of Pyricularia Species Isolated from Rice and Grasses using Morphological Characteristics and Pot2 rep–PCR.

วิทยาศาสตร์เกษตร. 49 (1): 27–43.

สุคนธา เจริญศรี. 2546. สารจากพืชสกุล aglaia (meliaceae) ที่มีฤทธิ์ต่อเชื้อรา Pyricularia oryzae cav. สาเหตุโรคไหม้ในข้าว. วิทยานิพนธ์วิทยาศาสตร์มหาบัณฑิต (พฤกษศาสตร์), มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์, กรุงเทพมหานคร.

อาทิตย์ กุคำอู. 2560. เทคโนโลยีการผลิตข้าวนาชลประทาน ในเขตภาคเหนือตอนล่าง. ศูนย์วิจัยข้าวพิษณุโลก กองวิจัยและพัฒนาข้าว กรมการข้าว. พิษณุโลก.

Adachi, N., and O. K. U. Takashi. 2000. PCR-mediated detection of Xanthomonas oryzae pv. oryzae by amplification of the 16s–23s rdna spacer region sequence. Journal of General Plant Pathology. 66: 303-309.

Disthaporn, S. 1994. Current rice blast epidemics and their management in Thailand. Rice Blast Disease, CAB International, Wallingford, UK.

Feng, J., L. Yang, C. Yu, C. Di, and L. Gongfa. 2020. Image recognition of four rice leaf diseases based on deep learning and support vector machine. Computers and Electronics in Agriculture. 179: 1-9.

International Rice Research Institute. n.d. Rice Knowledge Bank Your information source for rice farming. Retrieved February 12, 2021, from http://www.knowledgebank.irri.org/decision-tools/rice-doctor/rice-doctor-fact-sheets.

International Rice Research Institute. 2013. Standard Evaluation System for Rice. 5th Edn., International Rice Research Institute, Manila, Philippines.

Kiratiratanapruk, K.., P. Temniranrat, A. Kitvimonrat, W. Sinthupinyo, and S. Patarapuwadol. 2020. Using Deep Learning Techniques to Detect Rice Diseases from Images of Rice Fields. IEA/AIE International Conference on Industrial, Engineering and Other Applications of Applied Intelligent Systems. Springer. 12144: 225-237.

Kauffman, H.E., A. Reddy, S.P.Y. Hsieh, and S.D. Merea. 1973. An improved technique for evaluating resistance of rice varieties to Xanthomonas oryzae pv. oryzae. Plant Disease Reporter. 57: 537-541.

Mew, T. W. 1989. An overview of the world bacterial blight situation, P. 7 - 12. In Proceedings of the International Workshop on Bacterial Blight of Rice. The International Rice Research Institute. Manila, Philippines.

Mohan, KJ., M. Balasubramanian, and S. Palanivel. 2016. Detection and recognition of diseases from paddy plant leaf images. International Journal of Computer Applications. 144: 34–41.

Ou, S.H. 1985. Rice diseases. 2nd. Commonwealth Mycological Institute, Kew, United Kingdom.

Phadikar, S., J. Sil, and A.K. Das. 2012. Classification of rice leaf diseases based on morphological changes. International Journal of Information and Electronics Engineering. 2: 460-463.

Prabira, K.S., K.B. Nalini, K.R. Amiya, and K.B. Santi. 2020. Image processing techniques for diagnosing rice plant disease : A survey. Procedia Computer Science. 167: 516-530.

Yao, Q., Z. Guan, Y. Zhou, J. Tang, Y. Hu, and B. Yang. 2009. Application of Support Vector Machine for Detecting Rice Diseases Using Shape and Color Texture Features, pp. 79 – 83. In Proceedings of the International Conference on Engineering Computation 2-3 May 2009. Hong Kong, China.