Detección de la grana cochinilla mediante reconocimiento de patrones en imágenes digitales

En el Estado de Hidalgo se cultivan aproximadamente de 3550 a 4000 hectáreas dedicadas a la producción de nopal verdura y de tuna [1]. En los municipios productores de este cultivo se alcanzan temperaturas anuales promedio de 18 °C a 23 °C, caracterizando a estos lugares con escasa humedad [2]. Estas son las condiciones óptimas y requeridas para que este tipo de vegetación evolucione de manera adecuada, aunque esto también coadyuva al desarrollo de plagas como la grana cochinilla (Dactylopius coccus), que es un insecto huésped del nopal Opuntia. Este insecto al alimentarse directamente del nopal, trae como consecuencia la caída de pencas y frutos antes de la maduración y posteriormente, la muerte de la planta [3].

Aunque es dañina a los cultivos, la grana cochinilla contiene además un extracto de color rojo intenso comúnmente conocido como carmín o ácido carmínico, tinte preciado en el mercado mundial que identifica a los mexicanos al igual que el nopal y otros productos.

Una de las problemáticas a las que se enfrentan los agricultores del nopal del municipio de Tlanalapa, Hidalgo es poder controlar o eliminar a las plagas sin la necesidad de adquirir productos químicos de elevados costos como pesticidas, que afectan inclusive al desarrollo y calidad de sus cultivos. En general, ellos observan que sus plantaciones se encuentran afectadas por la plaga de la grana cochinilla cuando ésta es capaz de observarse a simple vista debido al crecimiento de una cera blanca algodonosa que cubre el exterior de su cuerpo, y que de acuerdo a su ciclo de vida [4] es cuando el insecto alcanza su edad adulta. Esto último significa que se ha reproducido y depositado huevecillos en el cultivo, ayudando así a su propagación, para lo cual es demasiado tarde para su control.

Hemos propuesto y desarrollado parcialmente un proyecto de investigación en la UPT que contribuye a detectar a la grana cochinilla aún cuando no se encuentra alimentándose del nopal (ciclo de vida ninfa I), a través de métodos ópticos y algoritmos computacionales. El proyecto se enfoca al desarrollo e implementación de algoritmos computacionales con interfaz gráfica de usuario, bajo el lenguaje de programación de MATLAB®, basados en el reconocimiento de patrones que, mediante técnicas de procesamiento digital de imágenes tales como: transformación de color y segmentación, permiten detectar y cuantificar a las granas cochinillas a través de imágenes ópticas adquiridas por muestreo en diferentes zonas de un nopal adulto con inicios de crecimiento de esta plaga.

Hemos demostrado que es conveniente el uso del algoritmo de k-means como método de segmentación, ya que realiza un agrupamiento de elementos con un nivel de intensidad similar al de su pixel vecino permitiendo una binarización adecuada. En este caso, existen tres elementos principales que intervienen en las imágenes por muestreo: la superficie del nopal (verde), las granas cochinillas con algodoncillo (blanco) y granas sin algodoncillo (rojo), los cuales se pueden distinguir fácilmente debido a la coloración de cada elemento.

Después de este proceso el usuario podrá observar la imagen original y en ella serán marcadas con una línea de color rojo el contorno de cada una de las granas de interés (sin algodoncillo); esto permitirá realizar su conteo. Los resultados de este trabajo al evaluar tres zonas de un nopal con inicios de esta plaga, mostraron que era posible identificar las granas cochinillas en etapa de ninfa I. Además, se ha desarrollado un programa en MATLAB®, que calcula el tamaño de una grana cochinilla a partir de imágenes ópticas digitales capturadas con nuestra instalación experimental, resultando que las granas sin algodoncillo presentan un tamaño de un diámetro aproximadamente igual a 500 micras, lo cual está en acuerdo con lo que se reporta en la literatura [4].

Estos resultados formaron parte de un proyecto de tesis de maestría concluido en diciembre de 2017 [5], dentro del programa de estudio de la Maestría en Computación Óptica de la UPT. Actualmente nuestro grupo de Óptica Biomédica continúa realizando investigaciones en este tema mediante el proyecto de tesis de una estudiante adscrita al programa de estudio del Doctorado en Optomecatrónica de nuestra casa de estudios.

DRA. MARGARITA CUNILL RODRÍGUEZ / DR. JOSÉ ALBERTO DELGADO ATENCIO / MTRA. ALEJANDRA CÁRDENAS ROSALES
Profesores de Tiempo Completo de la UPT y Estudiante del Doctorado en Optomecatrónica

Referencias

[1] SAGARPA, "Resultados del estudio de Diagnóstico Sectorial en el Estado de Hidalgo 2010"., Kaab Consultores S.C., Pachuca de Soto, (2011).

[2] Agustín A. Aguilar Z., José L. Jolalpa B. y Dagoberto Garza G., "SAGARPA: Guía para cultivar nopal tunero en el Estado de Hidalgo"., Centro de Investigación Regional del Centro INIFAP en el Estado de Hidalgo, Mineral de la Reforma, (2008).

[3] M. Pérez Sandi y Cuen, y R. Becerra. "La chochinilla". Biodiversitas, CONABIO, (2001).

[4] Aldo. T. Puente. "Producción de grana cochinilla del nopal Dactylopius coccus Costa (Homoptera: Dactylopiidae) en dos localidades del sur del estado de Nuevo León". Universidad Autónoma De Nuevo León, Facultad De Ciencias Forestales. (2000).

[5] Alejandra Cárdenas Rosales., "Detección temprana de la grana cochinilla en plantaciones de nopal mediante métodos ópticos"., Universidad Politécnica de Tulancingo, (2017).