Żniwa ze skanerem

- Jak sypie? - Jedna runda - pełen zbiornik. OK - mówi człowiek z auta i dzwoni do elewatora.

- Szykujcie dla mnie miejsce. Za dwie godziny pierwszy transport. Ziarno ekstra - duże, suche, pierwsza klasa. Będzie co najmniej 400 ton - zapowiada.

- Hola, hola, nie tak zaraz, przywieź świadectwo jakości - słychać głos w komórce.

- Ludzie, przecież to zajmie laboratorium tydzień! Gdzie ja tyle zboża przechowam! Nie mówiąc o tym, że będzie mnie to kosztować parę tysięcy!

Tak będzie (niedługo): pracownik elewatora z każdej ciężarówki ziarna dostarczonej przez mężczyznę z samochodu terenowego pobierze próbkę ziarna. Rozsypie je na skanerze podłączonym do komputera . Po minucie drukarka wydrukuje mu dokument, a w nim: jakiego gatunku i jakiej odmiany ziarno rozsypał na skanerze, jaki jest skład chemiczny ziarna, a zarazem jakość. Szybko i bez kosztów.

Żeby to marzenie współczesnego rolnika mogło się spełnić dr Piotr Zapotoczny i dr Ireneusz Białobrzewski z Katedry Inżynierii Procesów Rolniczych na Wydziale Nauk Technicznych trudzili się ostatnie 3 lata. Ich praca to grant MNISW „Opracowanie metody oceny jakości ziarna pszenicy z wykorzystaniem komputerowych systemów wizyjnych".

- Chodzi w tym o nic innego, jak o komputerową analizę obrazu. Komputerowa analiza obrazu jest już używana do różnych celów, ale w Polsce nie była tak kompleksowego badana do określenia gatunku i odmiany ziarna, jego oceny jakościowej i składu chemicznego. Prekursorem tego typu badań byli naukowcy z Wydziału Nauki o Żywności UWM - wyjaśnia dr Piotr Zapotoczny.

Do zajęcia sprawą natchnęły ich obserwacje handlu ziarnem.
Obecnie handel ziarnem pomijając małe ilości nie polega na jego przewozie z miejsca składowania do miejsca zakupu, tylko na obrocie dokumentów. Ktoś, kto na Śląsku kupuje kilkaset ton ziarna pochodzącego z Warmii tego ziarna ani nie widzi, ani nie wiezie go z dobromiejskiego elewator na Śląsk. Odbiera kupione ziarno z najbliższego magazynu na Śląsku, a przesyła tylko dokumenty i pieniądze. W takiej sytuacji musi mieć dowody gwarantujące, że jakość ziarna odebranego z magazynu na Śląsku jest dokładnie taka sama, jak ziarna kupionego z dobromiejskiego elewatora. Także na etapie skupu ziarna, przedsiębiorstwo skupujące, chciałoby mieć szybką informację o jakości ziarna. Taka informacja może pomóc w sprawnym zarządzaniu masą ziarna.

Dr Zapotoczny i dr Białobrzewski w swoich badaniach wykorzystali komputerowe oprogramowanie do analizy obrazów biomedycznych, który otrzymali do swej dyspozycji od kolegów z Politechniki Łódzkiej. To było podstawowe narzędzie, którym zamierzali się posłużyć. Cała trudność poległa na znalezieniu takich wyróżników w obrazie ziaren pszenicy, które pokazują ich istotne cechy. Muszą to być takie, które przy nieskończonej liczbie powtórzeń dają gwarancję jak najmniejszego błędu. Dlaczego akurat pszenicy? Bo to obecnie w Polsce najpopularniejsze zboże.

Za podstawę przyjęli ziarna z lat 2005, 2006 i 2007. W trakcie żmudnych badań wyznaczyli aż 1800 zmiennych opisujących teksturę ziarna (czyli jego obraz jako zbiór plam o rożnych poziomach jasności na obrazie komputerowym) oraz 70 zmiennych opisujących jego kształt.

W praktyce wyglądało to tak: sprawdzali czy liczba i położenie grup plamek na komputerowym mocno powiększonym zdjęciu ziarna niezależnie od odmiany czy wilgotności ziarna zawsze np. odzwierciedla taką samą zawartość np. glutenu, skrobi, białka itp.

Z benedyktyńską cierpliwością sprawdzali więc, które z tych zmiennych występują w największej liczbie ziaren. Cierpliwie porównywali wyniki uzyskane na komputerze z wynikami badań laboratoryjnych. W ten sposób z prawie 1800 zmiennych wyjściowych doszli do liczby 30, które opisują każde ziarno najdokładniej niezależnie od warunków, w których rosło. Następnym etapem, pracy doktorów Zapotocznego i Białobrzewskiego było napisanie programu wykorzystującego sieci neuronowe, który w oparciu o owe 30 zmiennych miał badać ziarna. Napisali taki program.

- Przy pomocy naszej metodyki jesteśmy w stanie w 100 proc. określić odmianę pszenicy, w 95 proc. wybrane właściwości fizyczne i w 80 proc. ich podstawowy skład chemiczny - tłumaczy dr Piotr Zapotoczny.

To pierwsza taka metoda w Polsce. Jest to metoda wstępnej oceny ziarna. Jeśli jednak kupujący i sprzedający z nią się zgadzają - to czas analizy ziarna trwa 1 minutę, a nie - tydzień i nic nie kosztuje. Do oceny ziarna można bowiem używać typowych skanerów, których w biurach jest już dużo i które kosztują ok. 1 tys. zł.

Metoda pozwala także na błyskawiczne przesyłanie oceny przez Internet w dowolne miejsce na świecie. Taki program, poza tym każdy będzie mógł na swój komputer ściągnąć, hodowca zbóż także. Może to znacznie ułatwić mu obrót zbożem. Zaopatrzyć się w niego będzie mógł każdy młyn czy browar.

Obaj naukowcy pracują już nad dostosowaniem metodyki do badania ziaren jęczmienia. Poza tym przygotowują także modyfikacje programu, które będą uwzględniać różnice występujące w tych samych odmianach zbóż w zależności od regionu Polski jakości gleby czy pogody. Przy okazji zaś napisali program do liczenia bakterii dla kolegów z Wydziału Bioinżynierii Zwierząt.