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Instituto Politecnico Nacional
CENTRO DE INVESTIGACION ENCIENCIA APLICADA Y TECNOLOGIA
AVANZADA
UNIDAD QUERETARO
POSGRADO EN TECNOLOGIA AVANZADA
DISENO DE UN CLASIFICADOR DELAS FASES DEL CICLO BIOLOGICO
DE LA COCHINILLA DE NOPAL(Dactylopius coccus Costa).
TESIS
QUE PARA OBTENER EL GRADO DE:MAESTRIA EN TECNOLOGIA AVANZADA
PRESENTA:
Ana Laura Quintanar Resendiz
DIRECTORES DE TESIS:
Dr. Francisco Javier Ornelas RodrıguezDr. Juan Bautista Hurtado Ramos
QUERETARO, QRO. ENERO DE 2018
Agradecimientos
Dirijo mi agradecimiento a mis directores de tesis, a todos mis profesores por haberme
brindado su tiempo, concejos y compartido sus conocimientos.
En especial a mis padres Luis y Javiera, quienes han sido pilares fundamentales en este
logro, por sus enseñanzas, apoyo incondicional y por sembrar en mí el espíritu de no
rendirme nunca, de buscar siempre alcanzar mis metas, mis sueños y mis más grandes
anhelos.
A mis hermanos Lupita, Anibal y Angel, por siempre apoyarme y hacer de los tiempos
pesados insignificantes plumas a su lado.
Al IPN y CICATA Unidad Querétaro por haberme abierto sus puertas para alcanzar un
escalón más en mi vida.
JL, M.
Resumen
El trabajo descrito a continuación busca apoyar a las personas que son principiantes en el
cultivo de la cochinilla de nopal fina o que ya la cultivan, debido a que no se tiene
conocimiento certero de las etapas de crecimiento por las que pasa la cochinilla desde su
nacimiento hasta su madurez.
Se presenta un método que permite clasificar las fases del ciclo biológico de la cochinilla
fina. El clasificador recibe una imagen y como salida nos indica a que fase del ciclo biológico
del insecto pertenece. El método fue desarrollado utilizando un cultivo experimental de
cochinilla fina, por lo que se fue necesario conocer más a fondo como se realiza el cultivo de
la misma. Con este fin se diseñó y construyó un invernadero en las instalaciones de CICATA.
En este ambiente, se llevaron a cabo tres experimentos, cada uno abarcando un periodo de 3
meses. En todos, se usaron pies de cría de cochinilla fina, adquiridos en granjas
especializadas de la región.
Durante este tiempo el crecimiento es monitoreado a través de registros de humedad y
temperatura dentro del lugar donde se está llevando el cultivo. Se capturarán imágenes cada
determinado tiempo, para que al final del periodo se tenga una base de imágenes de cada una
de las fases, estas imágenes son utilizadas para entrenar una red neuronal la cual predice la
probabilidad de pertenencia a cada una de las fases del ciclo biológico.
Abstract
The work described below seeks to support people who are beginners in the cultivation of
fine nopal cochineal or who already cultivate it, because there is not accurate knowledge of
the stages of growth through which the cochineal passes from its birth to its maturity.
Method that allows to classify the phases of the fine cochineal biological cycle, the classifier
receives an image and as an output it indicates to which phase of the biological cycle the
insect belongs. The method was developed using an experimental cultivation of fine
cochineal, so it was necessary to know more about how to grow it. To this end, a greenhouse
was designed and built at CICATA facilities. In this environment, three experiments were
carried out, each covering a period of 3 months. In all, cochineal breeding feet, purchased
from specialized farms in the region, were used.
During this time the growth is monitored through humidity and temperature records within
the place where it is being grown. Images will be captured every time, so that at the end of
the period there is an images database of each phases, these images are used to train a neural
network which predicts the probability of belonging to each of the phases of the cycle
biological.
Índice General
Resumen .............................................................................................................................................. 6
Abstract ............................................................................................................................................... 7
Indicé de Figuras ............................................................................................................................... 10
Indicé de Tablas ................................................................................................................................ 12
1. Introducción. ............................................................................................................................. 13
1.1. Antecedentes. .................................................................................................................... 14
1.1.1. Fundamentos del cultivo de cochinilla ...................................................................... 14
1.1.2. Fundamentos del procesamiento de imágenes .......................................................... 15
1.2. Definición del Problema. ................................................................................................... 19
1.3. Hipótesis. ........................................................................................................................... 19
1.4. Justificación. ...................................................................................................................... 19
1.5. Objetivos. .......................................................................................................................... 20
1.5.1. Objetivo General. ...................................................................................................... 20
1.5.2. Objetivos Específicos. ............................................................................................... 20
1.6. Estructura de la Tesis. ....................................................................................................... 21
2. Marco Teórico ........................................................................................................................... 22
2.1. Cochinilla de nopal............................................................................................................ 22
2.1.1. Origen y definición. ................................................................................................... 22
2.1.2. Descripción................................................................................................................ 23
2.1.3. Tipos de cochinilla. ................................................................................................... 24
2.1.4. Ciclo Biológico. ........................................................................................................ 25
2.1.5. Sistemas de Producción. .................................................................................................. 28
2.1.5.1 Planta en pie .............................................................................................................. 29
2.1.5.2 Penca cortada............................................................................................................. 30
2.1.6. Métodos de infestación. ................................................................................................... 31
2.1.7. Requerimientos del cultivo. ............................................................................................. 33
2.2. Clasificadores de imágenes. .............................................................................................. 38
2.2.1. Tipos de clasificadores. ............................................................................................. 38
2.3.1.1 Clasificador K-NN .................................................................................................... 38
2.3.1.2 Clasificador bayesiano .............................................................................................. 39
2.3.1.3 Redes neuronales ....................................................................................................... 40
3. Metodología .............................................................................................................................. 41
3.1. Sistema de Producción. ..................................................................................................... 42
3.2. Cultivo de cochinilla de nopal bajo condiciones controladas. .......................................... 43
3.2.1. Pie de cría. ................................................................................................................. 44
3.2.2. Infestación. ................................................................................................................ 44
3.2.3. Ciclo Biológico. ........................................................................................................ 47
3.2.4. Cosecha. .................................................................................................................... 49
3.3. Sistema de captura de imágenes. ....................................................................................... 49
3.4. Sistema de registro de humedad y temperatura. ................................................................ 52
3.5. Identificación de cochinilla de nopal silvestre y fina. ....................................................... 52
3.6. Caracterización de la cochinilla de nopal. ......................................................................... 53
4. Resultados ................................................................................................................................. 54
4.1. Espacio controlado invernadero. ....................................................................................... 54
4.2. Registros de humedad y temperatura dentro del invernadero. .......................................... 55
4.3. Clasificación en fases de ciclo biológico de la cochinilla de nopal. ................................. 56
Colusiones y Trabajo Futuro ............................................................................................................. 68
Bibliografía ....................................................................................................................................... 69
Indicé de Figuras
Figura 1.1: a) Imagen de la nube. b) Resultados de la clasificación haciendo uso de bosques aleatorios.
(c) Resultados de la segmentación final después de un refinamiento [11]. ....................................... 16
Figura 1.2: Ejemplo de clasificación de madurez basado en (a) color del mesocarpio y (b) color del
mesocarpo y área de la vaina [13]. .................................................................................................... 17
Figura 1.3: Clasificación de tomate en tres categorías según su color y tamaño[14]. ....................... 17
Figura 1.4: Detección de partes en estado de pudrición en Manzanas. a) imágenes antes de la
segmentación, b) Imágenes después de la segmentación [16]. ......................................................... 18
Figura 2. 1: Huevecillos de cochinilla de nopal fina: a) Cochinilla en fase de oviposición; huevecillos
de color rojo, ovipositados individualmente, b) Ninfas eclosionadas; presentan patas y antenas, estan
listas para buscar un lugar donde alimentarse. .................................................................................. 24
Figura 2.2: Tipos de cochinilla; a) Cochinilla silvestre o corriente forrada con una especie de
algodoncillo blanco, b) Cochinilla fina o cultivada cubierta por polvo blanquecino en fase de
oviposición. ....................................................................................................................................... 25
Figura 2.3: Ciclo biológico de la cochinilla de nopal (Dactylopius coccus Costa), las fases de ciclo
para la hembra se observan de la imagen a) hasta la i) , el macho también pasa por ellas pero solo
hasta la Ninfa II imagen e), para después llegar a adulto imagen k) y se aparean en l) [29]. ........... 28
Figura 2.4: Ejemplo de clasificador K-NN. Con dos clases; A y B, existe un nuevo elemento que
hay que clasificar calculando la distancia que existe entre este y las clases representada por las
líneas punteadas. El elemento nuevo se clasifica en la clase B. ........................................................ 39
Figura 2.5: Arquitectura LeNet-5. La entra es una imagen de 32x32 pixeles, la cual pasa por
diferentes capas como; una convolución, una de reducción o pooling y una capa clasificadora
totalmente conectada, [44]. ............................................................................................................... 40
Figura 3.1: Metodología propuesta para obtener la clasificación de las fases del ciclo biológico de la
cochinilla de nopal fina. .................................................................................................................... 41
Figura 3.2: Espacio controlado forrado con plástico traslucido y malla sobra, estructura de
1x1x1.52m: a) vista lateral, cuenta con una venta que es levantada para ventilar el interior, b) vista
frontal, sin ningún orificio. ................................................................................................................ 43
Figura 3.3: Experimento 1, utilizando el método de tenate o método oaxaqueño donde se adhieren
pequeños nidos a las pencas de nopal. .............................................................................................. 45
Figura 3.4: Experimento 2. Pencas con cochinilla de nopal fina en la fase ninfa I migrante, colgadas
con ganchos de metal dentro del invernadero, infestadas con el método de bandeja con malla
milimétrica. ....................................................................................................................................... 46
Figura 3.5: Experimento 3. Pencas de nopal infestadas con cochinilla de nopal fina, en fase de ninfa
II y muda a hembra adulta, infestadas con el método de bandeja con malla milimétrica ................. 47
Figura 3.6: Ciclo biológico durante la experimentación. Periodo de 90 días, desde la fase de huevo
hasta la fase de hembra adulta. Identificando a hembras oviplenas. ................................................. 48
Figura 3.7: Imágenes del Ciclo biológico obtenidas en la experimentación, Fases de huevo, Ninfa I,
Ninfa II, Hembra adulta y Hembra oviplena.. ................................................................................... 48
Figura 3.8: Cosecha de cochinilla de nopal. Utilizando un gancho de alambre galvanizado para
retirar cuidadosamente las hembras de cochinilla fina a punto de oviponer. .................................... 49
Figura 3.9: Pieza que permite el movimiento horizontal en forma de T, con tres orificios y una
ranura para incrustar la pieza que realiza el movimiento vertical. .................................................... 50
Figura 3.10: Pieza que permite el movimiento vertical, elaborada con acrílico con tres orificios
circulares que permiten adherirse a la pieza que realiza el movimiento horizontal y anexar más
piezas como esta.. .............................................................................................................................. 51
Figura 3.11: Sistema de captura de imágenes. Ajustado para mover vertical y horizontalmente la
cámara cuando sea necesario. ............................................................................................................ 51
Figura 3.12: Sistema para registro de humedad y temperatura, que muestra en un display el
porcentaje de humedad y los grados centígrados que hay dentro del invernadero. ........................... 52
Figura 3.13: Cochinilla de nopal fina; a) silvestre, es difícil ver en que fase de su ciclo biológico se
encuentra debido a que esta forrada con una especie de algodoncillo blanco,, b) fina en fase de
hembra adulta cubierta con polvo blanco. ......................................................................................... 53
Figura 3.14: Caracterización fisiológica de la cochinilla de nopal fina a través de tres características:
indicador de maduración; pequeña bolita color roja, tamaño y círculo polvoriento alrededor de ella
de color blanco. ................................................................................................................................. 53
Figura 4.1: Estructura de invernadero. Construida con por perfil de aluminio de 3x3 cm, un techo en
forma de V invertida y paredes forradas con malla sombra. ............................................................. 54
Figura 4.2: Espacio controlado: Invernadero en funcionamiento. Cuenta con tiras de alambre y
arillos de metal en su interior, forrado con plástico traslucido y malla sombra. El techo es sujetado
con velcro. ......................................................................................................................................... 55
Figura 4.3: Comportamiento de Humedad y Temperatura durante la experimentación. Temperatura
y humedad máxima de 49° C y 86% respectivamente. ..................................................................... 56
Figura 4.4: Transformación tipo Squash. .......................................................................................... 56
Figura 4.7: Ejemplos de imágenes de la BD de entrenamiento. ........................................................ 57
Figura 4.8: Ejemplos de imágenes de la BD de validación. .............................................................. 57
Figura 4.9: Comportamiento de la red neuronal por épocas, implementado LeNet. Donde la época
con mejores resultados es la número 22. En color azul se aprecia el porcentaje de perdida de datos
de entrenamiento y en color verde la perdida de datos en validación. En color naranja la precisión
de la red para la clasificación. ........................................................................................................... 58
Figura 4.10: Arquitectura LeNet de la red neuronal. Conformada por una capa de escalamiento, dos
capas de convolución y de reducción o poolinig, una función de activación y el cálculo de la
precisión de la red. ............................................................................................................................ 59
Indicé de Tablas
Tabla 1. Clasificación taxonómica de la cochinilla de nopal fina [18], [2]. ...................................... 25
Tabla 2. Clasificación taxonómica del nopal y grana cochinilla recomendable [25]. ....................... 34
Tabla 3. Plagas y enfermedades de la grana cochinilla [25]. ............................................................ 37
Tabla 4. Especificaciones del sistema de captura. ............................................................................. 50
Tabla 5. Predicción del 48.08% para la clasificación de la imagen en la fase Huevo del ciclo
biológico de la cochinilla de nopal fina. ........................................................................................... 60
Tabla 6. Clasificación de dos imágenes en fase Ninfa I del ciclo biológico de la cochinilla de nopal
fina predichas con 86.5% y 89.09%. ................................................................................................. 61
Tabla 7. Predicción de casi el 100% para la correcta clasificación de dos imágenes en la fase Ninfa
II del ciclo biológico de la cochinilla de nopal fina. ......................................................................... 61
Tabla 8. Clasificación de imágenes de cochinilla de nopal fina en fase Hembra adulta con una
predicción de 81.41% y 85.42%. ....................................................................................................... 62
Tabla 9. Imágenes clasificadas en la fase Hembra oviplena del ciclo biológico de la cochinilla de
nopal con una predicción de 67.86% y 96.11%. ............................................................................... 62
Tabla 10. Capas; Data, Sacaled, Conv1.Resultados estadísticos y gráficos de cada capa en la
arquitectura LeNet. ............................................................................................................................ 63
Tabla 11. Capas; Conv1-Activación, Pool1, Conv2, Conv2-Activación. Resultados estadísticos y
gráficos de cada capa en la arquitectura LeNet. ................................................................................ 64
Tabla 12. Capas; Pool2, ip1, ip2-Activación, ip2. Resultados estadísticos y gráficos de cada capa en
la arquitectura LeNet. ........................................................................................................................ 65
Tabla 13. Capas; Softmax. Resultados estadísticos y gráficos de cada capa en la arquitectura LeNet.
........................................................................................................................................................... 66
Tabla 14. Resultados del entrenamiento de cuatro redes neuronales bajo la arquitectura LeNet,
donde la red con mejor precisión se encuentra en la cuarta fila de la tabla....................................... 66
13
CAPÍTULO I
1. Introducción.
Desde hace miles de años la apreciación del ser humano por los nopales ha estado presente.
Las antiguas civilizaciones mesoamericanas están relacionadas con su origen e historia,
principalmente la cultura azteca. Gracias a evidencias arqueológicas se afirma que las
poblaciones indígenas asentadas en Mesoamérica fueron quienes iniciaron el cultivo de
manera formal [1].
La gran variedad de nopales que se encontraban en aquel entonces es mencionada en antiguos
relatos, así como sus usos. Dentro de los relatos, se detalla la presencia de un insecto muy
peculiar, que se alimentaba de las pencas de nopal y que produce uno de los colorantes más
preciados hasta el día de hoy. Estamos hablando de la grana o cochinilla del carmín [1], a la
cual los colonizadores la mantenían como un secreto muy bien guardado porque les reporto
grandes ganancias por años.
La cochinilla de nopal es un insecto parásito del nopal que transforma su pulpa en un
colorante llamado ácido carmínico [2]. Este extracto es utilizado como colorante natural de
alimentos, cosméticos, productos farmacéuticos y textiles [3]. Desde el punto de vista de la
inocuidad, hoy día es uno de los colorantes rojos naturales más seguros. Se encuentra
permitido por la mayoría de las legislaciones alimentarias en diversos países: en los Estados
Unidos de America lo incluye la Food and Drug Administration (FDA); tiene el código de
identificación E-120 otorgado por la Unión Europea y el Comite Mixto FAO/OMS de
Expertos en Aditivos Alimentarios (JECFA) lo ha incluido en su listado [1]. A nivel mundial
Perú es el primer productor de cochinilla seca y exporta cochinilla procesada como carmín,
ácido carmínico y soluciones.
La producción de este insecto se ha mantenido a través de los años por los artesanos, el
conocimiento acerca del cultivo se ha pasado de generación en generación, implementando
diversas técnicas de cultivo, dependiendo de la región donde se quiera cultivar, porque es
necesario contar con ciertos factores ambientales, que favorezcan su desarrollo.
Las personas que se dedican a esta actividad indican que la producción es medida por sentido
común, es decir, validada por personas con mayor conocimiento en el cultivo, ya que les es
difícil en la mayoría de los casos identificar las fases de su ciclo biológico para realizar la
cosecha y determinar que existe un nivel de producción considerado como bueno.
En el presente trabajo se propone una solución para el problema anterior, la cual consiste en
un clasificador de imágenes del ciclo biológico de la cochinilla fina a través de una red
neuronal que indica la pertenencia de la imagen a una determinada fase del ciclo. Como
14
primer paso se recopiló información respecto al desarrollo del cultivo, por consiguiente, se
diseñó un entorno que permitiera controlar diferentes aspectos que favorecen el crecimiento
de la cochinilla fina. Además, se conformó un arreglo de cámaras que ayudará en la
observación día y noche del cultivo. Así como también se diseñó y construyó un sistema de
registro de temperatura y humedad para monitorear estos factores. Posteriormente se cultivó
cochinilla de nopal fina durante 3 meses, tiempo que se indica en la bibliografía como el
requerido para culminar su ciclo biológico. Tomando imágenes del cultivo se generó una
base de datos del ciclo y finalmente se diseñó un clasificador de imágenes, a través de redes
neuronales, que clasifica la imagen consultada en una de las fases del ciclo.
Al momento de redactar este documento, el sistema de captura de imágenes no cuenta con la
posibilidad de segmentar cada uno de los individuos que se quiere reconocer. Por lo que el
clasificador recibe una imagen que puede contener varias cochinillas en ella, en diferentes
etapas de desarrollo. En estos casos, el método asignará la misma fase a todos los individuos
que aparezcan en la imagen. El sistema se decidirá por la fase con un mayor número de
individuos.
1.1. Antecedentes.
1.1.1. Fundamentos del cultivo de cochinilla
México es un país muy rico en recursos naturales, pero también es pródigo en color, está
presente en el lenguaje cotidiano, dentro de nuestros pueblos indígenas en sus galantes
vestuarios, en épocas remotas vastedad de tonos eran utilizados en los códices, nuestros
palacios virreinales son engalanados por los murales llenos de color, cada rincón de nuestro
país tiene matices que la naturaleza ha dispuesto en nuestro entorno, siendo estas muestras
palpables de la presencia del color.
Desde el inicio de las civilizaciones mesoamericanas el color rojo ha sido un referente
importantísimo, por ser el rumbo cardinal más preciado, significaba la resurrección del sol
después de su batalla diaria con la noche, la fertilizada, juventud y la luz.
En el mundo mediterráneo el tono rojo gozo de especial atención. El pensamiento mágico-
religioso lo asociaba con la realeza. La atribución de su descubrimiento es para los fenicios,
era obtenida de caracoles marinos o de dos insectos, uno de ellos llamado kermes [Kermes
ilicis (Linnaeus)]; del que deriva la palabra carmín. Para los antiguos europeos, el colorante
era muy importante. El colorante contiene ácido kermésico y se obtiene de las hembras
fecundadas de los insectos kermes ilicis [4].
Estas hembras son conocidas como cochinillas y su producción se ha cultivado desde hace
muchos años de diferentes formas. Por ejemplo en [5] realizaron un cultivo con pencas de 1
15
año de edad en nopales tipo (O. ficus-indica): Blanco Moscatel (Islas Canarias), Colorado
Moscatel (Islas Canarias), Offer (Israel), Portolano (Italia), y Sicilia Bianca (Italia).
Utilizando el sistema de producción de penca en pie en invernadero a temperaturas de 24 +-
1 °C y humedad del 65 +-5 %. Teniendo 8 repeticiones durante la infestación y la duración
de su ciclo biológico ha sido de 90 días.
Como en México las condiciones ambientales, los competidores y enemigos naturales forman
parte de los factores que afectan la producción de la cochinilla de nopal a cielo abierto, en
[6] realizaron un cultivo para evaluar el sistema de producción que disminuyera estos factores
y proveyera mejores resultados. Infestaron plantas de nopal a cielo abierto y bajo protección
en dos tipos de microtúneles, el primero cubierto con lona de rafia verde, y el segundo, con
plástico transparente calibre 50. Utilizaron pencas de Opuntia ficus-indica var. Atlixco de
dos años. Obtuvieron como resultado que el microtúnel con plástico transparente fue el mejor
tratamiento para producir grana cochinilla.
Así como también una comparación de métodos de producción en penca cortada en
invernadero se realizó en [7] utilizando pencas de Opuntia ficus-indica var. Atlixco,
turgentes, empleando dos formas de acomodo de la penca, vertical (vertical colgante y
vertical en red de rafia) y horizontal (acomodadas individualmente en estante y en torre).
Infestando con hembras oviplenas en nido de tul o libres e inmaduros a granel o dispersos.
Con una duración del ciclo biológico entre 60 y 150 días. Obteniendo que el sistema de penca
cortada con acomodo vertical en red de rafia e infestado con nido de tul es el mejor de los
cuatro.
Un cultivo más fue realizado en invernadero que proporciona las condiciones adecuadas para
la producción del insecto en [8], su diseño permite un manejo mínimo de temperatura,
humedad relativa y ventilación, evita la entrada de competidores y enemigos naturales.
Acomodaron las pencas dentro del invernadero en tres formas, penca colgante en posición
normal, penca colgante invertida y penca sostenida en red de rafia. utilizaron pencas turgentes
de la variedad O. ficus-indica var. Atlixco y mencionan que el sistema de ventilas con malla
protectora ayuda a controlar los factores ambientales que podrían influir en la producción del
insecto.
1.1.2. Fundamentos del procesamiento de imágenes
El procesado de imágenes digitales basado en objetos surgió a mediados de los años 90 de
siglo XX [9]. Tiene sus orígenes en el hecho de que la interpretación de imágenes que realiza
el sistema visual humano se lleva a cabo a partir del reconocimiento de objetos caracterizados
por diferentes atributos (tamaño, forma, texturas, color) y no mediante la percepción de
16
puntos individuales (píxeles), caracterizados exclusivamente a partir de los valores digitales
asociados a dichos puntos [10].
Importantes aplicaciones se han realizado a través de la detección de objetos como proponen
Shi, Wang, Wang y Xiao [11] un nuevo método de detección de nubes en tierra a través de
un modelo gráfico construido sobre la técnica de segmentación de superpixel en donde la
imagen es divida en un conjunto de regiones irregulares, y cada una de ellas es un superpixel,
para obtenerlo implementan SLIC que es una adaptación de K-means, para incorporar
múltiples fuentes de información[12]. Utilizando Bosques aleatorios para la clasificación de
objetos en dos clases; nubes y cielo. En la Figura 1.1 podemos ver los resultados
comparativos.
Figura 1.1: a) Imagen de la nube. b) Resultados de la clasificación haciendo uso de bosques aleatorios. (c) Resultados de
la segmentación final después de un refinamiento [11].
En el sector agrícola se encuentran aplicaciones en el cultivo del cacahuate, para la
estimación de madurez de la vaina en [13] se presenta una técnica basada en una combinación
de color de mesocarpo y tamaño de vaina. Obteniendo una clasificación del cacahuate bajo
7 clases de madurez y agregando 3 clases más para aquellas que presentan una gama
relativamente amplia de color del mesocarpio. Con el objetivo de reducir el nivel de
subjetividad asociado con la evaluación humana sobre la madurez de la vaina de cacahuete.
En la Figura 1.2 se muestra la clasificación del cacahuate en 7 clases.
17
Figura 1.2: Ejemplo de clasificación de madurez basado en (a) color del mesocarpio y (b) color del mesocarpo y área de
la vaina [13].
No sólo en el cultivo de cacahuate se han realizado aportaciones, sino también en el cultivo
de tomate donde en [14] detectan individualmente los frutos de tomate en tres clases según
el color y tamaño; frutos maduros, inmaduros y jóvenes. Con esto los agricultores pueden
estimar el rendimiento de las frutas intactas antes de la cosecha. Obteniendo como beneficios:
reducir el costo de mano de obra para el manejo del cultivo y la cosecha, optimizar la cantidad
de materiales requeridos y la estimación de la capacidad de almacenamiento necesaria para
almacenar la cosecha.
Realizaron primero una segmentación basada en pixeles para segmentar aproximadamente
los píxeles de las imágenes en clases compuestas de frutas, hojas, tallos y fondos. En la
segunda etapa hicieron una segmentación basada en blob para eliminar las clasificaciones
erróneas generadas en la primera etapa. Por último, implementaron k-means para detectar
frutas individuales en un grupo de frutos. En la Figura 1.3 podemos ver la clasificación por
categorías.
Figura 1.3: Clasificación de tomate en tres categorías según su color y tamaño[14].
18
En lo que respecta al cultivo de café en [15] desarrollaron un sistema para clasificar frutos
de café en ocho categorías, esto dependiendo del estado de maduración en el que se
encuentran. Estas categorías comprenden el proceso de maduración del café. Del análisis de
una imagen del fruto, se obtuvieron un conjunto de 9 características que incluyen medidas de
color, forma y textura para después ser clasificadas implementando un clasificador
Bayesiano. Para facilitar la recolección durante la cosecha y disminuir el costo de mano de
obra durante su recolección además de obtener mejor calidad de los frutos.
Para el comercio de los frutos que son importados a otras naciones ha sido necesario también
implementar herramientas como la detección de objetos, debido a que la identificación
manual de futras con defectos requiere mucho tiempo. En [16] realizan una segmentación
para detectar las manzanas que tienen defectos como pudrición. Basada en características de
color e implementando un clasificado a través del algoritmo no supervisado de agrupación
K-means logran identificar las partes de las manzanas que tienen defectos como se observa
en la Figura 1.4.
Figura 1.4: Detección de partes en estado de pudrición en Manzanas. a) imágenes antes de la segmentación, b) Imágenes
después de la segmentación [16].
En [10]diseñaron una Caracterización multiescala de objetos para clasificar imágenes de alta
resolución integrando la segmentación de los coeficientes Wavelet para obtener una imagen
pancromática generando segmentos texturalmente homogéneos a través de un clasificador no
supervisado en pixeles y k.means para obtener segmentos espectralmente homogéneos para
después utilizar un clasificador 1-D jerárquico ascendente para clasificar las imágenes.
19
1.2. Definición del Problema.
Desde hace años, en el México antiguo ya se conocía a la cochinilla la llamaban “nocheztli”,
que quiere decir, sangre de tunas, su uso comenzó desde ese entonces por variedad de
culturas como los aztecas, mixtecas, zapotecas, toltecas y chontales para teñir las prendas de
la alta sociedad, dándole un significado especial al color rojo obtenido de ella, esto dependía
de su forma de pensar. Con la llegada de los españoles a América se comenzó con un inmenso
intercambio de productos y se convirtió en el tercer artículo de exportación de la Nueva
España, después de la plata y el oro [17].
A lo largo del tiempo el cultivo se ha mantenido gracias a la acción de los artesanos, que por
tradición la utilizan para teñir sus productos, pero debido a las condiciones climáticas,
depredadores y competidores, no se puede realizar al aire libre. A causa de esto se han
implementado diversas técnicas de cultivo para su producción.
Los lugares suelen ser ambientes austeros, la opinión de las personas que tienen mayor
experiencia en el cultivo valida la existencia de una buena producción. Esto provoca que
quienes se dedica a esta actividad no tengan una forma de medirla. No se tiene conocimiento
del desarrollo de la cochinilla desde su nacimiento hasta su madurez, se desconoce también
la existencia de factores ajenos a sus técnicas de cultivo que afecten la producción.
En estos lugares existen niveles bajos de producción, un tanto descontrolados porque en
algunos meses es mayor y en otros menor. El impacto de esta situación provoca que las
personas que realizan la actividad no logren satisfacer sus necesidades económicas y en
consecuencia la abandone.
1.3. Hipótesis.
Mediante algoritmos de clasificación no supervisados como redes neuronales es posible
clasificar las fases del ciclo biológico de la cochinilla fina a partir de imágenes.
1.4. Justificación.
En México la producción de cochinilla de nopal fina al aire libre se complica debido a las
condiciones climáticas, depredadores y competidores, lo que involucra la implementación de
diversas técnicas de cultivo para proteger su producción, pero por falta de recursos
económicos, esto se hace en lugares austeros. Sucediendo con mayor grado en zonas rurales
como es el caso de la comunidad del Cedazo Nopala de Villagrán ubicada en el estado de
20
Hidalgo, donde no se tiene un conocimiento especializado del cultivo y de las herramientas
que lo faciliten, el cultivo es desconocido y realizado por personas con carencias económicas,
que buscan mejorar sus condiciones de vida al implementar este cultivo en su comunidad,
siendo esta rica en variedades de nopal y con climas semiáridos.
Al no tener demasiada experiencia, su producción se ve afectada, la selección del pie de cría
la hacen manualmente y en muchas de las ocasiones no se tienen la certeza de escoger las
hembras fecundadas. La selección y manejo del pie de cría durante la infestación de los
cladodios es importante para lograr una buena producción.
Por ello se pretende realizar la presente investigación para apoyar a las personas que son
nuevas en el cultivo de cochinilla de nopal fina, facilitarles la selección del pie de cría e
identificación de la cochinilla en sus diferentes fases del ciclo biológico. Permitiendo acelerar
su recolección y con ello mejorar su producción.
1.5. Objetivos.
1.5.1. Objetivo General.
Clasificar las fases del ciclo biológico de la cochinilla de nopal (Dactylopius coccus Costa)
mediante técnicas de análisis de imágenes, con el fin de proporcionar información necesaria
del crecimiento a las personas interesadas en el cultivo.
1.5.2. Objetivos Específicos.
▪ Cultivar cochinillas de nopal (Dactylopius coccus Costa) bajo condiciones de
invernadero en las instalaciones de CICATA en periodos de 3 meses.
▪ Observar día y noche el crecimiento de la cochinilla de nopal (Dactylopius coccus
Costa) a través de un arreglo de cámaras en el cultivo.
▪ Tomar fotografías para crear una base de imágenes de la cochinilla de nopal
(Dactylopius coccus Costa).
▪ Identificar las fases del ciclo biológico de la cochinilla de nopal (Dactylopius coccus
Costa).
21
▪ Generar registros de humedad y temperatura dentro del invernadero durante el cultivo
de la cochinilla de nopal (Dactylopius coccus Costa).
▪ Segmentar imágenes de la cochinilla de nopal (Dactylopius coccus Costa) para su
caracterización.
▪ Clasificar las fases del ciclo bilógico de la cochinilla (Dactylopius coccus Costa)
usando procesamiento de imágenes y redes neuronales.
1.6. Estructura de la Tesis.
El presente trabajo se encuentra distribuido por capítulos, en el capítulo 2 se presenta toda la
información relacionada con el cultivo de cochinilla de nopal. Comenzando por su origen y
definición, después se hace una descripción del aspecto físico de la cochinilla, los tipos de
cochinilla que existen, las características y duración de su ciclo biológico, los sistemas de
producción implementados para cultivarla, así como los requerimientos necesarios para
lograr un buen cultivo, los enemigos potenciales que podrían causar problemas para el
desarrollo del cultivo y los beneficios de esta. A continuación, se muestran las características
de un invernadero y finalmente en qué consisten los clasificadores de imágenes, tipos y la
forma de evaluar su desempeño.
En el capítulo 3 se muestra el sistema de producción utilizado para cultivar la cochinilla de
nopal fina, así como la selección del pie de cría, la forma de infestación, la duración del ciclo
biológico y la cosecha de la misma. Posteriormente presentamos el sistema de captura de
imágenes utilizado para obtener las imágenes del cultivo. Los registros de humedad y
temperatura del cultivo. El método para la identificación de la cochinilla silvestre y fina, así
como también su caracterización.
En el capítulo 4 se presenta el espacio controlado que obtuvimos para el cultivo de cochinilla
y los resultados de clasificación de las fases de su ciclo biológico.
Por último, en el capítulo 5 se muestran las conclusiones del trabajo sobre los resultados
obtenidos en el apartado anterior, las limitantes del trabajo, así como el trabajo futuro.
22
CAPÍTULO II
2. Marco Teórico
2.1. Cochinilla de nopal.
El insecto (Dactylopius coccus Costa) es conocido como grana o cochinilla fina, que se
desarrolla en algunas especies y formas de nopal y cuya importancia radica en ser fuente del
colorante natural llamado ácido carmínico. El ácido carmínico producido por la cochinilla
fina tiene actualmente una gran demanda en México y en el mundo su inocuidad en la salud
pública, su alta estabilidad y poder colorante.
En zonas áridas y semiáridas de la República Mexicana la producción intensiva de la grana
cochinilla (grana fina), podría ser una alternativa para mejorar los escasos ingresos de los
habitantes, ya que por ser sustancias no tóxicas ni cancerígenas que sustituyen a los
colorantes sintéticos rojos, prohibidos principalmente en alimentos, cosméticos y
medicamentos, actualmente existe una demanda nacional e internacional de ésta y de los
productos derivados de ella [18].
2.1.1. Origen y definición.
La cochinilla de nopal fina Dactylopius coccus Costa (Hemiptera: Dactylopiidae)
[19],[20],[5],[21] es un insecto de importancia económica por la presencia del ácido
carmínico, colorante con diversas aplicaciones en la industria alimenticia, farmacéutica ,
cosmética [20], textil [5]. La cría de la cochinilla es sencilla y segura para la producción de
grana y puede representar una fuente de recursos alternativo para las familias campesinas
[19].
La cochinilla fina es un insecto que era llamado nocheztlie que quiere decir “sangre de
tunas”[22],[17] por los aztecas, induco por los mixtecos y bi-yaa por los zapotecos. En la
época prehispánica esta tenía un gran valor, las prendas de los dioses o de la alta sociedad
era teñida con ella, debido a que en esa época el color rojo poseía una gran importancia. El
fuego, la sangre y los rayos del sol eran representados con tal color. En la Nueva España se
convirtió en el tercer artículo de exportación después de la plata y el oro [17].
23
La cochinilla fina tiene su cuerpo forrado por una especie de polvo blanco que parece talco
muy fácil de desprender.
La cochinilla de nopal silvestre era llamada tlapanechtli, que quiere decir grana cenicienta,
debido la mezcla de esta con greda o harina [17]. Tiene su cuerpo cubierto en su totalidad
por una capa algodonosa de polvo filamentoso formando una telaraña difícil de desprender.
Infestado un nopal con esta cochinilla puede secarse en seis meses [17].
2.1.2. Descripción
Dactylopiidae es una pequeña familia dentro del orden de los homópteros, del género
Dactylopius se encuentran nueve especies, todas nativas de América. En las pencas de varias
especies de los géneros Opuntia y Nopalea el pequeño insecto pasa toda su vida.
Las hembras miden 3 a 6 mm de largo por 2.5 a 4.5 mm de ancho. Su cuerpo está cubierto
una secreción que se identifica como cera, laca o seda y que ha servido para distinguir la
cochinilla fina de las demás. La sustancia algodonosa o polvosa es secretada por glándulas
especiales y le sirve como mecanismo de defensa contra sus depredadores como las catarinas,
el gusano aguja, el gusano telero, el gusano tambor y algunos ácaros, así como, las propias
cochinillas silvestres o corrientes [17]. El cuerpo además es oval de 6.0 por 4.7mm, antena
de seis segmentos [18], convexo, en el que apenas pueden distinguirse las regiones
correspondientes a la cabeza, el tórax y el abdomen.
Una hembra produce de 150 a 400 huevos y su ciclo biológico es de aproximadamente 90
días. Las crías quedan fijas el resto de su vida, una vez que una hembra es fecundada, estas
mantienen a los huevecillos hasta que eclosionan las ninfas, son tan pequeñas que es difícil
observarlas a simple vista; éstas abandonan el cuerpo de su madre para buscar el lugar más
suculento de la penca y ahí clavar su estilete (aparato bucal) para extraer la savia (jugo) de la
cual se alimenta.
Marín y Cisneros [23], Bustamante [24] coinciden (citados en [18, p.14]) en que los
huevecillos son ovalados de 0.22 x 0.33 mm de color rojo claro con la superficie lisa y
lustrosa, ovipositados individualmente; al eclosionar nace la ninfa de primer instar de 1.06
por 0.52 mm, antenas claras, patas bien desarrolladas; el cuerpo presenta 6 segmentos, con
24
los ojos ubicados cerca de la base de las antenas [18]. Los podemos observar en la Figura 2.
1.
Figura 2. 1: Huevecillos de cochinilla de nopal fina: a) Cochinilla en fase de oviposición; huevecillos de color rojo,
ovipositados individualmente, b) Ninfas eclosionadas; presentan patas y antenas, estan listas para buscar un lugar donde
alimentarse.
Los machos tienen el cuerpo alargado y delgado, son alados y presentan cabeza, tórax y
abdomen claramente diferenciados. Son mucho más pequeños que las hembras (2.5 mm de
largo y 5 mm de expansión alar). Proporcionalmente nacen menos machos que hembras; se
dirigen a ellas sólo para copular (2 a 3 días) y después mueren, ya que por tener el aparato
bucal atrofiado no pueden alimentarse [17].
2.1.3. Tipos de cochinilla.
La mayoría de los investigadores coinciden en la coexistencia dos tipos de cochinilla; la
silvestre o corriente y la fina o cultivada, las cuales las podemos observar en la Figura 2.2.
Para diferenciar una de la otra, solo es necesario identificar que la silvestre presenta un cuerpo
cubierto por una madeja de algodoncillo blanco que no permite ver lo que hay en su interior,
es difícil de desprender, además tiene mayor adaptación a condiciones adversas tales como
el frío, la lluvia y viento [25]. La fina solo lo tiene cubierto con polvo blanco, permitiendo
definir claramente su cuerpo. El colorante de la silvestre es de mala calidad y baja
concentración en comparación con la fina que es de buena calidad y alta concentración [19].
25
Figura 2.2: Tipos de cochinilla; a) Cochinilla silvestre o corriente forrada con una especie de algodoncillo blanco, b)
Cochinilla fina o cultivada cubierta por polvo blanquecino en fase de oviposición.
La clasificación de la cochinilla fina es la siguiente:
Clase Insecto
Orden Homóptero
Suborden Stemorrhyncha
Superfamilia Coccoidea
Familia Dactylopiidae
Subfamilia Coccinae
Género Dactylopius
Especie Coccus
Nombre científico Dactylopius coccus Costa
Tabla 1. Clasificación taxonómica de la cochinilla de nopal fina [18], [2].
2.1.4. Ciclo Biológico.
Al paso de los días y de acuerdo con las condiciones ambientales, la cochinilla de nopal
sufrirá una serie de cambios de forma. Se dice técnicamente que la cochinilla sufre
26
metamorfosis o cambios fácilmente distinguibles antes de llegar a ser adulta. Por otro lado,
podemos también observar que existen diferencias entre las cochinillas “hembras” y los
“machos”. Siendo estos últimos muy importantes para la fecundación de las hembras, pero
no para la obtención del colorante.
Los machos son pequeños y alados, mientras que las hembras son ovaladas y sin alas. Las
diferentes etapas de crecimiento y desarrollo de las granas que se observan después de la
infestación son llamadas “estadios” y el conjunto de estadios se conoce como ciclo biológico.
Un ciclo de la cochinilla se considera, desde el estadio de adulto a adulto, pasando por las
siguientes etapas:
1. Macho: Adulto – Huevo - Ninfa I – Ninfa II – Capullo – Prepupa – Pupa - Macho
adulto.
2. Hembra: Adulto – Huevo - Ninfa I – Ninfa II – Hembra adulta [18], [25].
En el siguiente esquema se expone sencillamente la secuencia de etapas del ciclo biológico
de la cochinilla de nopal.
El macho y la hembra son semejantes tanto en el estado de huevo como de ninfa I, ninfa II,
a partir de este periodo comienza a diferenciarse los dos sexos. En el caso de los machos, la
ninfa II forma un capullo en cuyo interior muda, dando lugar a una prepupa que después llega
a ser un pupa, de la finalmente emerge el adulto. En el caso de la hembra, la ninfa II muda
para convertirse en adulto.
El ciclo biológico del macho es más corto en comparación con el de la hembra, siendo de 50
a 65 días y 90 a 120 días el de la hembra, según sean las condiciones ambientales [4]. Vargas
[26], citado por Tovar [18, p.11] menciona que llegando a la fase de oviposición con
intervalos de 6 a 20 minutos entre uno y otro, la hembra deposita los huevos individualmente,
estos se van adhiriendo entre sí para formar una cadena conforme avanza el proceso de
acuerdo con Marín y Cisneros [23], citados por Tovar [18, p.11]. Existen momentos en que
los huevos quedan por debajo del cuerpo de la hembra y eclosionan en un período que varía
de 10 minutos hasta 6 horas como lo menciona Piña [27] (citado en [18, p.11]).
Desarrollo de la cochinilla de nopal hembra
Huevo: Inicialmente es depositado uno por uno, pero posteriormente la oviposición es
continua y los huevos quedan unidos formando una serie en forma de cadena. Eclosionan a
27
partir de los 10 a 15 minutos, pudiendo observarse el movimiento de la ninfa a través de la
epidermis del nopal [25].
Ninfa I: Presenta una fase de migración y una de fijación al cladodio. A los pocos minutos
de la eclosión, el cuerpo, incluyendo sus apéndices, se cubren de una cera blanca pulverulenta
[25], se pueden diferenciar las antenas y las patas unidas a la parte ventral del cuerpo como
lo dice Vargas [26] (citado en [18, p.11]). La ninfa recién emergida, permanece por unos
minutos sobre el cuerpo de la madre y en las siguientes horas busca un sitio sobre la raqueta
para fijarse [25].
La fijación se produce cuando la ninfa introduce sus estiletes para succionar los jugos de la
planta. En los sucesivo se mantendrá en ese lugar hasta completar su desarrollo [25], los
lugares que las ninfas eligen son: cercanos a la madre, en depresiones del cladodio y en
lugares no expuestos a la insolación directa ni al viento. Aumentan de tamaño y las
secreciones filamentosas cerosas se hacen más visibles, Marín y Cisneros [23] (citados en
[18, p.11-12]). Este estadio puede durar de 20 a 25 días [25]. Con frecuencia se observan de
3 a 4 insectos establecidos en grupo en un mismo lugar, Marín y Cisneros [23] (citados en
[18, p.12]).
Ninfa II: Generalmente permanece fija en la penca, aunque algunas veces llega a cambiar de
lugar, en tal caso se interrumpe su desarrollo debido a que al cambiar de sitio su aparto bucal
se introduce a la penca de manera parcial. La ninfa II sufre una muda (segunda) que
posteriormente dará origen a la hembra en estadio adulto. En esta forma el insecto permanece
de 13 a 18 días como lo dice Marín y Cisneros [23] (citados en [18, p.12]) o de 14 a 24 días
como lo menciona Vargas [26] (citado en [18, p.12]).
Hembra adulta: A las pocas horas de la muda, la cochinilla se cubre de un polvo ceroso. La
cópula se realiza pocos días después, incrementándose notablemente el volumen del insecto.
Pasado un periodo de 30 a 38 días comienza la oviposición, que dura de 28 a 50 días. Pasados
de 10 a 20 días después de la oviposición el insecto muere.
Gilreath y Smith [28] (citado en [18, p.12]) mencionan que las hembras depositan en
promedio 419 huevecillos, con un mínimo de 293 y un máximo de 586. En total las hembras
viven de 102 a 181 días desde su estado de huevo hasta su muerte, pero cuando no se aparean,
solo viven unos 103 días. En la Figura 2.3 podemos observar la apariencia de la cochinilla en
cada una de sus fases.
28
Figura 2.3: Ciclo biológico de la cochinilla de nopal (Dactylopius coccus Costa), las fases de ciclo para la hembra se
observan de la imagen a) hasta la i) , el macho también pasa por ellas pero solo hasta la Ninfa II imagen e), para
después llegar a adulto imagen k) y se aparean en l) [29].
2.1.5. Sistemas de Producción.
El cultivo de la cochinilla de nopal requiere ciertos cuidados para tener una buena
producción. Esta puede sufrir ataque de plagas, enfermedades o estar expuesto a cambios
climatológicos drásticos que afecten su desarrollo. Por lo anterior, es necesario elegir la
forma de cría y el método de infestación que se apropiado para disminuir o evitar los factores
que dañan el cultivo.
29
En México existen dos sistemas básicos de producción, el de planta en pie (cielo abierto y
tapexco) y los de penca cortada (microtúnel e invernadero comercial). Es cierto que el tamaño
de la explotación determina el sistema de producción a utilizar [19].
2.1.5.1 Planta en pie
Las condiciones de suelo y clima deben de ser benignos, para la cría y para el desarrollo del
cultivo, está no requiere de mucha experiencia y capacitación de los productores, es utilizada
por algunos campesinos a nivel familiar, permite aprovechar la segunda y tercera generación
del insecto, asegurando alto rendimiento y costos de producción bajos.
Cielo abierto
Este método consiste en infestar las pencas de nopal con las granas a punto de
oviposición.[25] La cría de cochinilla se realiza en planta en pie sin protecciones para
controlar la radiación solar, la temperatura, el viento y la lluvia. Por lo anterior este se
desarrolla en regiones con suelos con muy buen drenaje, donde hay muy baja precipitación,
en zonas protegidas, pero no en valles amplios ni planicies con vientos fuertes, libres de
heladas invernales. Existe una alta densidad de plantación dado que hay un buen sombreado
entre las plantas [19].
Tapexco o cobertizos
Es elaborado con carrizo, madera, troncos y consiste en una protección para reducir la
radiación solar y el agua de lluvia, para altas densidades de nopal. Las protecciones pueden
ser de diferentes materiales de la región como residuos de cosecha de maíz, trigo, cebada,
carrizo y tule, malla sombra, petate de palma o polilona y petates o tapetes fabricados con
hojas de palma [25]. Lo principal es evitar la filtración del agua sobre las pencas de nopal
infestadas.
Se utilizan plantas de dos a tres años o cladodios de uno o dos años, perforadas en su base y
suspendidas mediante rafia, ixtle (lazo o mecate) o alambre recubierto con plástico. Cuando
existen poco material hospedero es recomendable su uso al igual que cuando la cría del
insecto no puede darse en planta en pie, si se requiere proteger el cultivo de los factores
abióticos o si se requiere incrementar la colonia de cochinilla [29], [19].
30
2.1.5.2 Penca cortada
Manejados en espacio pequeños con altas densidades de pencas. Es importante estandarizar
el tamaño de las pencas, el tamaño es alrededor de 750cm2 debido a que los tamaños de los
cladodios están casi siempre predeterminados a 30 o 40 cm.
Microtúnel
Esta se construye sobre la superficie del suelo, la estructura puede ser de varilla 3/8’’ o ramas
de 5 a12 cm de diámetro, puede tener forma de arco o de dos aguas. Se cubre con materiales
que proporcionen sombra como plástico negro o malla sombra, cuando es necesario controlar
los cambios bruscos de temperatura se coloca un sombreado adicional.
En su interior se teje una red (emparrillado) donde los espacios deben medir 3 x 30 cm,
quedando cuatro hileras [19]. En las cuales se colocan pencas de nopal de aproximadamente
2 o 3 años o cladodios plantados de 1 año [29], previamente infestadas o se infestan con nidos
individuales. El microtúnel mide 8 x 1 m, tiene capacidad de albergar de 650 a 700 pencas y
se puede producir 1kg. de grana. Es una de las formas más empleadas y útil en regiones donde
la temperatura es menor a 10°C, las lluvias son abundantes, pero además se requiere
disminuir el ciclo biológico del insecto.
Invernadero
Grandes volúmenes de pencas son manejados en este sistema, consiste en cortar las raquetas
o cladodios de una nopalera y transportarlos a una construcción cubierta que regula la
temperatura. Hay dos tipos de explotación: la nopaloteca con penca colgada e invernadero
con pencas en pie.
Nopaloteca en este las pencas de nopal son colgadas en posición inversa, es decir, la
parte más ancha de la penca hacia abajo, en tendederos de entre 3 o 4 estratos en paquetes de
2 o 3 hileras separados por un pasillo de 60cm. Las pencas son perforadas de su base
enganchadas del orificio formado y colgadas en un tendedero.
Penca en pie son utilizados cajones de madera con tejidos de hilo, rafia o ixtle,
parecidos al del microtúnel, el ancho de los cajones debe de ser de 1m como máximo, con
tres a cuatro hileras de espacios entre las pencas [19].
31
2.1.6. Métodos de infestación.
Existen varios métodos que la literatura recomienda, estos son:
Tenate (método oaxaqueño). En la base de la penca de nopal se colocan las hembras
oviplenas de cochinilla, a través de “nidos o cucuruchos” tejidos de palma, se recomienda
fijarlos por un periodo de 15 a 20 días con espinas de nopal o la espina terminal o “puyas”
de maguey, durante este tiempo las hembras están liberando huevos. Con la finalidad de que
exista una distribución homogénea del insecto en las pencas de nopal, se recomienda rotar
los nidos hacia las partes de la penca donde no presenten una infestación adecuada.
Bolsa de tul (método peruano). En bolsas de tul (aproximadamente 6 x 6 cm de lado) se
colocan cochinillas madre y luego son fijadas en pencas de nopal con la ayuda de espinas u
otro material no metálico para evitar que la penca se pudra. Estas son colocadas en el tercio
medio de la penca debido a que las crías migran ascendentemente en busca de establecerse
en las pencas de su preferencia[29]. Gareca [30] (citado en [2,p.54]) indica que se deben
colocar grupos de 15 a 20 cochinillas. Para que los cladodios superiores de 1 a 2 años se
infesten, se colocan en los cladodios de 3 años para que migren a ellos, TUKUYPAJ [31]
(citado en [2, p.54]).
Ricci. En el tercio medio del cladodio se realiza una pequeña incisión de forma triangular de
2 x 2 x 2 cm por 0.5 cm profundidad. Estas sirven de soporte a las hembras oviplenas y sus
oviposturas una vez que cicatrizan, Portillo [32] (citado en [2,p.54].
Penca en pie. Cerca de la fase de oviposición las pencas infestadas son cortadas; este
procedimiento mejora cuando se protege del sol y el viento al colocar la penca semilla entre
dos pencas y sujetadas con un cordón o con espinas. Las futuras pencas hospederas contiene
a las crías migrantes que se fijan a ellas y el proceso de infestación se produce al ovipositar
las hembras fijadas en la penca, Tukuypaj [31] (citado en [2,p.54]).
Paño o algodón. Consta en poner sobre la cochinilla oviplena fresca paños y/o algodones,
cuando las crías son ovipositadas suben al paño quedándose enredadas; entonces los paños
son llevados y adheridos a las pencas para infestarse.
32
Nido de caña. En una caña con pequeñas perforaciones que permiten la salida de las crías y
que esta hueca por dentro, se colocan hembras oviplenas cosechadas. Con material fibroso
y/o algodón los orificios laterales son tapados. Se procede a colgarlos sobre la penca en forma
horizontal una vez que son llenados con cochinillas ayudados de cordón de lana u otro
material.
Raleo de cochinilla. Por cladodio solo se dejan 10 hembras oviplenas cosechando a las
demás cochinillas, Tukuypaj [31] (citado en [2,p.54]).
Penca infestadora. En este método por cada lado de la penca solo se dejan de 15 a 20
cochinillas y las pencas elegidas son aquellas que están infestadas con un mayor número de
hembras oviplenas que son cortadas de la parte del tallo de la penca y luego se les quita el
cladodio.
Bandeja con malla milimétrica. Consiste en elaborar una armazón de madera de 10 x 90cm,
con malla milimétrica soportada por cuatro patas. Se eligen cladodios que satisfagan las
condiciones óptimas para la infestación y se colocan debajo de esta. En la armazón se colocan
hembras oviplenas de cochinilla y se mueve horizontalmente dos veces por día, después los
cladiodos que ya están infestados se retiran a las 48h y son colgados.
Por gravedad. En los nuevos sistemas de producción intensiva dentro de invernadero, este
método es utilizado como Campo Carmín. Es necesario que en los primeros días de
oviposición las hembras oviplenas de cochinilla se aprovechen para que las pencas sean
separadas de la planta y sean colgadas dentro de nopalotecas. Por gravedad las ninfas caen
sobre nuevas pencas que se quieren infestar en la parte baja.
Contenedor de papel. Este método implementa la elaboración de un contenedor con papel
periódico o reciclado, se recicla solo una vez. Con dos espinas es fijado en la parte media de
la penca.
33
2.1.7. Requerimientos del cultivo.
Para llevar a cabo el cultivo, este requiere de ciertas condiciones ambientales, porque el
insecto muestra un alto grado de sensibilidad, una temperatura media cerca de 20 °C, una
humedad relativa de 40% y sobre todo muy baja precipitación pluvial, porque las lluvias
"lavan" o desprenden la cochinilla; el viento es importante sólo para la dispersión, pero un
fuerte viento puede desprenderlas y de esto resulta que jamás podrán clavar de nuevo su
estilete, lo que les producirá la muerte [17].
Actualmente la temperatura es el elemento que más afecta a la grana cochinilla. Para su
desarrollo se recomienda una temperatura en un rango de entre 20° y 30° C, si hay
temperaturas mayores a los 35 °C el ciclo biológico se acorta pero se ha observado que el
tamaño final del insecto disminuye, por lo que es posible que el contenido de ácido carmínico
disminuya [25].
En caso contrario las temperaturas por debajo de los 10°C tienden a alargar el ciclo biológico,
provocando la enfermedad conocida como “chorreado” donde los insectos llegan hasta la
muerte. Se ha observado que las granas alcanzan mayor tamaño cuando son albergadas en
pencas que se encuentran en sitios que poseen buena ventilación durante las horas del día
cuando la temperatura en el ambiente es alta, en comparación de las que crecen en lugares
calurosos y mal ventilados. Es importante que por las noches se conserve una buena
temperatura para asegurar la supervivencia de los insectos.
En un clima semicálido y seco, sin probabilidades de fenómenos nocivos, es posible intentar
la producción de cochinilla a cielo abierto [25].
Selección de las pencas
La edad ideal de las pencas que se van a utilizar para la producción es de 7 a 8 meses, no
deben de estar muy maduras ni muy tiernas ya que la cochinilla no vive en estas pencas,
requieren de una penca fresca y suculenta [25]. Deben tener buen tamaño, entre 30 y 40 cm
de largo y no muy gruesas, pero no muy delgadas para que, durante el periodo de crecimiento,
la cochinilla este bien alimentada. En la Tabla 2 se describe el tipo de nopal a utilizar.
Tratamiento y acondicionamiento de pencas
Escogidas y seleccionadas las pencas se lavan con agua para quitarles las espinas, suciedad,
telarañas o cochinillas silvestres que pudiera tener. Si no se cuenta con un recipiente lo
suficientemente grande para lavar varias pencas a al mismo tiempo se pueden cepillar.
34
Colgado de pencas
Después de que las pencas están limpias se procede a colocar un gancho de alambre
galvanizado en la parte inferior cerca de la coyuntura de la penca, para colgarlos e
introducirlos dentro de un cobertizo o invernadero para su infestación. Es cierto que esto
dependerá del método de infestación, ya que si se realiza con una bandeja con malla
milimétrica es necesario colocar una vez que se ha infestado.
Nopal Grana Cochinilla
Orden: Opuntiales Clase Insecta
Familia: Cactaceas Orden: Homoptera
Género: Opuntia Suborden: Sternorhyncha
Especies: ficcus amiclea,
indica, tomentosa, pilifera
Familia: Dactylopidae
Subfamilia: Coccoidae
Género: Dactylopius
Especie: coccus (grana fina)
Tabla 2. Clasificación taxonómica del nopal y grana cochinilla recomendable [25].
Recolección de granas oviplenas
El pie de cría se obtiene de la cosecha de cochinillas para producción de grana, es
recomendable que sea de una producción en invernadero o mircrotúnel [19], se selecciona
aquellas que a simple vista se les logra detectar una pequeña gotita de color rojo intenso en
la concavidad anal, que sirve como indicador para identificar a aquellas que están listas para
oviponer, pero también se eligen aquellas que al ser cernidas en un tamiz con una malla cuyos
orificios miden 2mm logren quedarse. Hay que tener cuidado de no confundirla con la
cochinilla silvestre, que también crece en nopales donde se desarrolla la fina.
Infestación
Es un proceso en el cual se colocan hembras de cochinillas adultas en condiciones de poner
sus huevecillos sobre las pencas de la planta completa o de las raquetas. Aquí las ninfas
saldrán de los huevos y se ubicarán y mantendrán en esos sitios para alimentarse y completar
su desarrollo. Este se realiza una vez que la cochinilla haya alcanzado el estado de madurez
(oviposición) y las raquetas han sido además de limpiadas colgadas.
35
Factores por considerar en la infestación de cochinilla
• Disponibilidad del insecto vivo (hembras adultas maduras).
• Factibilidad de transporte con las debidas precauciones
• Facilidad y eficiencia en la infestación, es decir, homogeneidad en la planta.
Infestación artificial
El hombre es el encargado de mediarla, en esta se emplean “nidos” en bajo diversos métodos
(Ricci, bolsita de tul, nido, penca al pie, paño de algodón, raleó de cochinilla, penca
infestadora, bandeja con malla milimétrica, etc.) para llevar a cabo la infestación [25].
Cuidados de la cochinilla después de la infestación hasta su cosecha.
El periodo que transcurre desde la infestación hasta la cosecha de las cochinillas hembras
maduras es cuando se deben cuidar de manera destallada el desarrollo de las cochinillas ya
que de esto depende la cantidad y la calidad de la cosecha.
En este periodo deben prevalecer condiciones estables de temperatura, humedad y
ventilación a fin de que los insectos se desarrollen adecuadamente. Es importante tomar nota
del tiempo que toman los cambios de estado de los insectos y de tener una buena densidad
de población sobre las pencas [25].
Cosecha de la cochinilla
Una vez que la cochinilla llega a su estado adulto se procede a cosecharla dejando algunas
para que se reinfesten nuevamente la penca, si así se desea. La cochinilla tarda en completar
su ciclo aproximadamente de 90 a 120 días, esto dependiendo de la temperatura; si es frío se
alarga el ciclo si hace calor se acorta [25]. Este proceso es conocido como desprendimiento
del insecto ya que se remueve del nopal después de haber concluido su ciclo biológico.
Método de cosecha
La cochinilla puede ser cosechada por medio de una brocha de camello o un cepillo, el cual
debe de estar inclinado hacia el nopal, para no lastimar al insecto. Con esta técnica se cosecha
tanto cochinilla pequeña como grande. Posteriormente se separa por tamaños.
36
También se puede utilizar una cuchara o gancho para separarla del nopal. Se elige la
cochinilla a desprender y se inclina haciendo un movimiento de elevación para removerla.
De esta forma se cosechan solo las cochinillas identificadas como listas para oviponer
En México se distinguen dos procedimientos de manejo postcosecha de la grana: uno es la
muerte o sacrificio y otras es el secado o deshidratado [25].
Sacrificio de las granas
Los métodos empleados para sacrificar la cochinilla son:
1. Inmersión en agua recién hervida durante 1.5 a 2.5 minutos.
2. Aplicación de vapor de agua. La cochinilla se coloca en una caja con base de malla
milimétrica. Esta caja se coloca en un recipiente con agua hirviendo.
3. Por congelación, se somete a la cochinilla a temperaturas de 0ºC (en etapa
experimental).
4. Aspersión con hexano (100% de pureza). Se cubre la cochinilla de manera que los
gases de hexano provoquen la muerte por asfixia. Este método es muy empleado pues,
dada la gran volatilidad del hexano no deja residuo en la cochinilla sacrificada.
5. Por asfixia, se introduce un volumen no mayor de 25 libras (12 kg.) de cochinilla viva
en una bolsa de ixtle; se amarra la parte superior de la bolsa al ras del contenido y se
introduce en una bolsa de plástico, cerrando lo más herméticamente posible.
Finalmente se expone al sol durante tres horas, si no hay sol se utiliza una estufa a
una temperatura máxima de 38ºC por aproximadamente tres horas[29], [25].
También existen otros métodos para sacrificar la cochinilla como, sofocar en ollas de barro
o con ceniza caliente o sumergir en agua caliente.
Secado o Deshidratado
Para secar la cochinilla se utilizan secadores solares, estufas con focos, sol directo o también
pueden dejarse secar a la sombre, en este último caso se deberá cuidar que el sitio donde se
coloque la cochinilla debe de estar completamente seco. Una vez obtenida la grana
deshidratada, esta tiene una apariencia brillante por lo que se dice que es la “grana
plateada”[29], [25].
Depredadores.
El buen desarrollo de las cochinillas no solo se determina por las condiciones ambientales,
sino que también por aquellos organismos que pueden atacarlas En la Tabla 3 se muestra una
lista de los depredadores de la cochinilla.
37
PLAGAS PLAGA DAÑO
Gusano telero (Laelia
coccidivora)
Se caracteriza por formar una tela donde atrapa a otros
insectos incluyendo a la cochinilla.
Gusano aguja (Leucopis
bellula)
Por su tamaño y forma se asemeja a una aguja.
Gusano tambor
(Hiperaspis spp.)
Es de color amarillo con puntos negros y es de mayor
diámetro que los anteriores.
Cochinilla silvestre o
corriente (Dactylopius
spp.)
No ataca directamente a la cochinilla “fina”, pero compite
por el espacio y los nutrientes de las pencas. Estas cochinillas
tienen menor rendimiento de colorante que las cochinillas
finas. Sus aglomeraciones pueden desplazar a las cochinillas
finas o disminuyen su desarrollo y contaminan el producto
final. La diferencia más evidente entre las silvestre y la fina
es que la primera tiene una protección blanca algodonosa,
mientras que la segunda su protección es polvosa y de color
blanco.
ENFERMEDADES
Diarrea o “Chorreo” Se caracteriza por una secreción acuosa, amarillenta en la
región anal del insecto, llegando a ocasionar su muerte al
reducir al insecto en una cascarilla.
Chamusco Mata a las cochinillas dejándolas enegrecidas.
Tabla 3. Plagas y enfermedades de la grana cochinilla [25].
Los depredadores de la cochinilla de nopal en México son las catarinas (Hyperaspis sp. y
Chilocorus sp.), el gusano aguja (Sympherobius sp.), el gusano telero (Laetilia coccidivora),
el gusano tambor (Bacca sp.), y algunos ácaros, así como, las propias cochinillas silvestres o
corrientes (Dactylopius zimmermanni, D. ceylonicus, D. tomentosus, D. confusus, D.
confertus, D. opuntiae, D. salmianus) [17].
El control de las plagas se debe realizar totalmente manualmente ya que la aplicación de
cualquier sustancia afectara a las cochinillas. En este periodo la utilización de mano de obra
es imprescindible y los trabajadores deben estar capacitados para identificar a los enemigos
naturales y para realizar su control [25].
Beneficios.
El colorante rojo de la cochinilla de nopal sirve como combatiente contra los colorantes
sintéticos que dañan nuestra salud. La Agencia de Medicamentos y Alimentos (FDA) de
Estados Unidos y la Organización Mundial de la Salud (OMS) se encargan de restringir el
uso de estos, en la actualidad esto ha favorecido la demanda de la cochinilla como fuente
natural de ácido carmínico para ser implementado en los alimentos, fármacos, cosméticos y
otros productos [7].
38
2.2. Clasificadores de imágenes.
El modelo de regresión lineal asume que la respuesta a una variable y es cuantitativa. Pero
en muchas situaciones, la respuesta a esa variable en su lugar es cualitativa. Por ejemplo, el
color de los ojos es cualitativo, tomando valores en azul, café o verde. Frecuentemente las
variables cualitativas son definidas como categorías. El predecir una respuesta cualitativa
para una observación se define como clasificar esa observación, ya que implica asignar a la
observación una categoría o clase. Por otra parte, a menudo los métodos usados para
clasificación primero predicen la probabilidad de cada una de las categorías de una variable
cualitativa, como base para hacer la clasificación. En este sentido también se comportan
como métodos de regresión [37].
2.2.1. Tipos de clasificadores.
Hay muchas posibles técnicas de clasificación o clasificadores, que podríamos utilizar como
uno clasificador para predecir una respuesta cualitativa, como los siguientes:
2.3.1.1 Clasificador K-NN
Es una extensión de la regla de clasificación NN, esta es conocida como vecino más cercano
(Nearest Neighbour). Consiste en considerar que las muestras pertenecientes a una misma
clase se encuentran probablemente próximas en el espacio de representación. Para determinar
la cercanía entre muestras, la regla utiliza el concepto métrica de distancia, existen diferentes
maneras de obtener esta medición, por ejemplo la distancia Euclidiana.
Por lo tanto, debido al conjunto de N muestras pasadas con clases definidas y a causa de una
muestra nueva x de la que se desconoce su clase, esta se clasificará o etiquetará con la clase
en la que la medida de la distancia de la nueva muestra x, con un elemento de la clase
seleccionada, presentó el valor mínimo.
Este procedimiento no aprovecha toda la información que se puede extraer del conjunto de
entrenamiento, por tal motivo se crea la regla K-NN, la que además de encontrar el vecino
más cercano a la nueva muestra, tiene en cuenta el entorno que rodea a la misma contando el
número de muestras (K) que se encuentran próximas. Así, si se tiene un conjunto de muestras
para cada clase, la clasificación se basa en las K muestras más próximas a la nueva muestra
[38]. Un ejemplo se muestra en la Figura 2.4.
39
Figura 2.4: Ejemplo de clasificador K-NN. Con dos clases; A y B, existe un nuevo elemento que hay que clasificar
calculando la distancia que existe entre este y las clases representada por las líneas punteadas. El elemento nuevo se
clasifica en la clase B.
2.3.1.2 Clasificador bayesiano
Pertenece a los clasificadores supervisados; es un clasificador probabilístico basado en el
teorema de Bayes, siendo un método importante no solo porque ofrece un análisis cualitativo
de las características y valores que intervienen en el problema, sino porque tiene en cuenta
además la importancia cuantitativa de esas características.
Por lo tanto, para este clasificador un objeto con ciertas características distintivas hará parte
de una determinada clase si la probabilidad de pertenecer a esta clase es mayor a la
probabilidad de pertenecer a cualquier otra clase [39], como se ilustra en la ecuación (1).
𝑋 𝜖 𝜓𝑖 𝑠𝑖
𝑃(𝜔𝑖)𝑝(𝑋|𝜔𝑖) > 𝑃(𝜔𝑗)𝑝(𝑋|𝜔𝑗) [ecuación 1]
Donde 𝜓 es el espacio de características que está dividido en regiones 𝜔𝑖, 𝑖 = 1,2, 𝑁, donde
𝑁 es el número de clases. 𝑃(𝜔𝑖) es la probabilidad a priori, por la que un objeto con
características 𝑋 pertenece a la clase 𝜔𝑖 y 𝑝(𝑋|𝜔𝑖) es la función de probabilidad condicional
de la clase 𝜔𝑖 para 𝑋.
En la práctica, las funciones de probabilidad no se conocen y por lo tanto se deben estimar,
para ello primero se asume la forma de la función de probabilidad, y luego se hallan sus
40
parámetros a partir del conjunto de entrenamiento. Se supone que las funciones de
probabilidad de las clases están descritas por distribuciones normales o gausianas [39].
2.3.1.3 Redes neuronales
Definir una red neuronal se puede realizar de la siguiente forma:
• Una nueva forma de computación, inspirada en modelos biológicos.
• Un modelo matemático compuesto por un gran número de elementos procesales
organizados en niveles.
• Un sistema de cómputo hecho por un gran número de elemento simples, elementos
de proceso muy interconectados, los cuales procesan información por medio de su
estado dinámico como respuesta a entradas externas [40], [41].
• Son redes interconectadas masivamente en paralelo de elementos simples y con
organización jerárquica, las cuales intentan interactuar con los objetos del mundo real
del mismo modo que lo hace el sistema nervioso biológico [42].
Existe diferentes arquitecturas para implementar una red neuronal una de ellas es LeNet red
convolucional que fue introducida por primera vez por Yann Lecun en 1998, donde se realizó
un reconocimiento de caracteres en documentos. Las Redes Neuronales Convolucionales son
un tipo especial de redes neuronales multicapa. Están diseñadas para reconocer patrones
visuales directamente de píxeles de imágenes con un mínimo de preprocesamiento. Pueden
reconocer patrones con extrema variabilidad (como caracteres manuscritos), y con robustez
a distorsiones y simples transformaciones geométricas [43].
Las redes convolucionales combinan tres ideas arquitectónicas para asegurar cierto grado de
invariancia de desplazamiento, escala y distorsión: 1) campos receptivos locales; 2) pesos
compartidos (o peso de replicación); y 3) submuestreo espacial o temporal [44]. Su
arquitectura se puede ver en la Figura 2.5.
Figura 2.5: Arquitectura LeNet-5. La entra es una imagen de 32x32 pixeles, la cual pasa por diferentes capas como; una
convolución, una de reducción o pooling y una capa clasificadora totalmente conectada, [44].
41
CAPÍTULO III
3. Metodología
En este capítulo se describe cada uno de los pasos involucrados en la aplicación de la
metodología propuesta. Los pasos realizados para la clasificación de las fases del ciclo
biológico de la cochinilla se describen en el siguiente diagrama, Figura 3.1.
Figura 3.1: Metodología propuesta para obtener la clasificación de las fases del ciclo biológico de la cochinilla de nopal
fina.
Primero se realizó una investigación acerca de la cochinilla de nopal, la cual consistió
encontrar todo lo relacionado con ella, como: que es, como se desarrolla, de que se alimenta
y que se necesita para cultivarla. Así como también se buscó información relacionada con las
técnicas de análisis de imágenes que pudieran ayudar en la clasificación del insecto, esta
etapa se denominó como diagnóstico.
La siguiente etapa fue el diseño del arreglo experimental, en esta se diseñó y construyó un
invernadero para albergar el cultivo de cochinilla, debido a que no existía un espacio para
42
realizarlo, se eligió el método de infestación y se prosiguió a conseguir el pie de cría
(Dactylopius coccus Costa) y nopales de castilla Optmtía ficus-indica Miller para comenzar
con el cultivo. Dentro del invernadero se colocó un sistema de captura de imágenes para
obtenerlas durante el ciclo biológico de la cochinilla, así como también se colocó un sistema
de registro de humedad y temperatura para su monitoreo.
Teniendo el conjunto de imágenes del ciclo bilógico de la cochinilla se identificó y clasifico
las fases de cochinilla implementando una red neuronal. Esto se realizó en la etapa de
aplicación de técnicas. Después se pudo caracterizar la cochinilla en la etapa de análisis de
datos y finalmente se llegó a la etapa de comprobación donde se acepta o rechaza la hipótesis
propuesta.
A continuación, se detalla más a fondo el procedimiento anterior de cada una de las etapas.
3.1. Sistema de Producción.
Las condiciones climáticas en México varían dependiendo del estado donde nos
encontremos, presentando climas que caracteriza la región, parecidos unos con otros. El
clima más recomendado para cultivar la cochinilla de nopal es el semicálido y seco, sin
probabilidades de fenómenos climáticos nocivos. Por lo que cultivar al aire libre es riesgoso.
La fase de experimentación del proyecto se llevó a cabo en el estado de Querétaro situado
entre los paralelos 20° 30’ y 20° 56’ de latitud norte; los meridianos 100° 17’ y 100° 36’ de
longitud oeste; altitud entre 1 700 y 2 800 m., en CICATA donde existe un clima seco y
semiseco y la temperatura media anual del estado es de 18°C, la temperatura máxima
promedio es de 28°C y se presenta en los meses de abril y mayo, la temperatura mínima
promedio es de 6°C durante el mes de enero. La precipitación media estatal es de 570 mm
anuales, las lluvias se presentan en verano en los meses de junio a septiembre [45].
Teniendo presente lo anterior e investigando los diferentes sistemas de producción para el
cultivo de cochinilla de nopal se optó por implementar el de penca cortada; bajo invernadero
a través de una nopaloteca, ya que anteriormente se hizo un experimento a cielo abierto pero
los resultados no fueron favorables. Este sistema de producción permite que el cultivo se
desarrolle bajo condiciones favorables para el crecimiento de la cochinilla de nopal,
protegiéndola de la lluvia, el calor, la humedad y posibles depredadores que existan en el
entorno.
43
Para ello se diseñó un pequeño invernadero de 1x1x1.52 m para albergar 25 pencas nopal
distribuidas en 5 líneas horizontales, forrado con plástico translúcido y la estructura hecha
con perfil de aluminio de 3 x 3 cm., ver Figura 3.2.
Figura 3.2: Espacio controlado forrado con plástico traslucido y malla sobra, estructura de 1x1x1.52m: a) vista lateral,
cuenta con una venta que es levantada para ventilar el interior, b) vista frontal, sin ningún orificio.
La forma del techo del invernadero esta en V invertida para evitar que cuando llueve el agua
penetre y dañe el cultivo. A los costados tiene ventanas con malla sombra que permiten
ventilar el interior del invernadero para regular la temperatura, también el techo puede
realizar esta función ya que se puede levantar los lados cuando se deseé y puede volver a
cerrarse debido a que se colocaron tiras de velcro para sujetarlo nuevamente.
En su interior, las líneas horizontales son de alambre galvanizado y estas tienen arillos de
metal para que cuando se necesite colgar las pencas sea fácil realizarlo y evitar que caigan.
3.2. Cultivo de cochinilla de nopal bajo condiciones controladas.
Decidido el sistema de producción se procedió a la búsqueda de proveedores que pudieran
proporcionar el pie de cría de cochinilla fina para realizar la fase de experimentación.
Consultando la bibliografía se hizo la elección del método de infestación.
44
3.2.1. Pie de cría.
Para un primer y segundo experimento se hizo contacto con el Rancho La Grana San Juan
del Rio Querétaro, agroempresa dedicada a la venta y producción de cochinilla fina. Con este
proveedor se adquirieron 100g de cochinilla de nopal y 20 raquetas para comenzar con la
experimentación.
El pie de cría fue seleccionado por personal del lugar indicándonos que tenían algunos
métodos para identificarlo. Fue tomado de las pencas que tenían alrededor de 80 días de
infestación, con un tamaño de unos 3mm. Hembras próximas a oviponer.
En un tercer experimento se hizo contacto con el Sr. Javier Viñolo Moral asesor y capacitador
de la producción de grana cochinilla en invernaderos en DIDA ORGANIC S.P.R. DE R.L.
Quien nos dio algunas sugerencias para el cultivo. El pie de cría proporcionado fue
seleccionado de pencas que tenían alrededor de 90 días de infestación, con un tamaño de
4mm, las hembras a punto de oviponer.
3.2.2. Infestación.
Los métodos seleccionados para la infestación son; el de tenate o método oaxaqueño y
método bandeja con malla milimétrica, se describen a continuación:
Experimento 1
Para el experimento 1 se seleccionó el método de tenate o método oaxaqueño con algunas
modificaciones; primero se hicieron pequeños grupos de 10 a 15 cochinillas próximas a
oviponer y nidos o cucuruchos con gasas de algodón esterilizadas de 7.5 x 5cm. Dentro de
estos nidos se colocaron las cochinillas finas y con alfileres se fijaron a la base de las pencas
de nopal.
A 4 pencas de nopal en sus bases se les realizaron pequeños orificios con un gancho
desinfectado con cloro, se espero unos minutos y se colgaron pasando a través de los orificios
rafia, Los 16 restantes no se perforaron, solo se colocaron sobre unas estructuras de metal.
45
Durante este tiempo las hembras comenzaron a oviponer y liberaron sus huevecillos, para
que después eclosionaran y llegaran a la fase ninfa I, estando aquí buscaron un lugar para
fijarse en la penca del nopal. Podemos verlo en Figura 3.3.
Figura 3.3: Experimento 1, utilizando el método de tenate o método oaxaqueño donde se adhieren pequeños nidos a las
pencas de nopal.
Experimento 2
En el experimento 2 se seleccionó el método bandeja con malla milimétrica, utilizando malla
sombra. Sobre esta se colocó 20g de cochinilla de nopal fina y se esperaron 2 días para la
oviposición, cuando se identificaron crías en la fase de ninfa I, se sacudió el tamiz sobre 6
pencas de nopal.
Las pencas de nopal fueron perforadas en su tronco o base con ganchos de alambre
galvanizado Se colocaron los 6 ganchos. Al día siguiente se voltearon las pencas de nopal
quedando la cara previamente infestada hacia abajo. Se realizó del mismo proceso con el
tamiz. Al otro día se colgaron en los arillos de la nopaloteca dentro del invernadero y se
etiquetó cada una de las pencas, quedando como se muestra en Figura 3.4.
46
Figura 3.4: Experimento 2. Pencas con cochinilla de nopal fina en la fase ninfa I migrante, colgadas con ganchos de
metal dentro del invernadero, infestadas con el método de bandeja con malla milimétrica.
Experimento 3
Para el experimento 3 se seleccionó el método de bandeja con malla milimétrica. Elaborando
la bandeja con una armazón de metal, utilizando tela para mosquitero de aluminio con una
abertura de 0.7 x 0.6 mm. Eligiendo 20 pencas de nopal de entre 25 y 40 cm de largo, no muy
gruesas.
En la armazón se colocaron los 100g de cochinilla de nopal fina, hembras oviplenas, una vez
que identifico la presencia de huevos y ninfas I, se colocó debajo de la armazón las pencas
de nopal previamente limpias. Se movió horizontalmente la armazón dos veces al día en una
cara de la penca, al día siguiente se realizó el mismo proceso y se sacudió sobre la cara de la
penca que no estaba infestada. Al siguiente día se colocaron ganchos de alambre galvanizado
en la base o tronco de las pencas y se colgaron dentro de la nopaloteca en el invernadero,
quedando como se ve en la Figura 3.5.
47
Una vez realizada la infestación sólo hay que vigilar constantemente el crecimiento de la cría,
poniendo mucha atención en las mudas, la aparición del cochinilla silvestre y depredadores
para obtener una buena producción.
Figura 3.5: Experimento 3. Pencas de nopal infestadas con cochinilla de nopal fina, en fase de ninfa II y muda a hembra
adulta, infestadas con el método de bandeja con malla milimétrica
3.2.3. Ciclo Biológico.
El ciclo bilógico de la cochinilla fina fue registrado contando el número de días que
trascurrieron desde la infestación, pero además se tomaron fotografías y video del
crecimiento de las cochinillas por cada fase del ciclo.
Se identificaron las fases de huevo, ninfa I en su fase de migración y fijación al cladodio,
Ninfa II y su segunda muda para dar origen a la fase adulta de la hembra, la fase de hembra
adulta y hembra oviplena, el tiempo trascurrido lo podemos ver en la Figura 3.6 y su
apariencia en la Figura 3.7.
48
Figura 3.6: Ciclo biológico durante la experimentación. Periodo de 90 días, desde la fase de huevo hasta la fase de
hembra adulta. Identificando a hembras oviplenas.
Figura 3.7: Imágenes del Ciclo biológico obtenidas en la experimentación, Fases de huevo, Ninfa I, Ninfa II, Hembra
adulta y Hembra oviplena..
49
3.2.4. Cosecha.
Después de los 90 días se cosecha la cochinilla en fase oviplena, retirándola de la penca de nopal con
un gancho de alambre con mucho cuidado de no aplastar el insecto, la cosecha se hace para obtener
pie de cría nuevo y para tener grana de cochinilla, como se ve en Figura 3.8.
La cochinilla que se va obteniendo se coloca en un tamiz ya sea para volver a infestar o para secarla
al sol o en la sombra y así obtener la grana que es la cochinilla seca, para venderse al instante o como
es un producto no perecedero se puede almacenar hasta lograr un volumen importante para su venta
Figura 3.8: Cosecha de cochinilla de nopal. Utilizando un gancho de alambre galvanizado para retirar cuidadosamente
las hembras de cochinilla fina a punto de oviponer.
3.3. Sistema de captura de imágenes.
Al buscar en la red no se encuentra una base de datos que contenga un conjunto de imágenes
de las fases del ciclo biológico de la cochinilla de nopal, por lo que fue necesario construir
un sistema que ayudara a capturar las escenas de cada fase.
50
El sistema está conformado por una cámara de video, que graba desde el primer día que se
colgaron las pencas de nopal dentro de la nopaloteca y un DVR que almacena el material de
video. Las especificaciones de la cámara y DVR lo podemos ver en la Tabla 4.
Cámara DVR
Cámara de Vigilancia Domo Interior
• Modelo: DI-380AHDB36
• AHD Cámara domo de infrarrojos
lente fijo
• 1.3 Mega-Pixel
• 720P AHD / analógico
• 24 LED (15m)
• SKU: MA310EL0U43TYLMX
• Marca: PROVISION ISR
4 CH AHD DVR
• Modelo: SA-4100AHD-2L (MM)
• Video
• Input: 4CH Standard BNC
• Standard Output: HDMI, VGA
(800x600, 1024x768, 1280x1024)
• Marca: PROVISION ISR
Tabla 4. Especificaciones del sistema de captura.
Para fijar la cámara dentro de la nopaloteca se imprimió en 3D una base que consta de dos
piezas para moverla y ajustarla libremente. Una de ellas permite el movimiento horizontal,
tiene forma de T con tres orificios. Esta se incrusta en el riel del perfil con el que fue
construido el invernadero, la podemos ver en Figura 3.9.
Figura 3.9: Pieza que permite el movimiento horizontal en forma de T, con tres orificios y una ranura para incrustar la
pieza que realiza el movimiento vertical.
51
La segunda pieza permite el movimiento vertical, consta de una placa rectangular de acrílico,
con orificios circulares para sujetarse a la primera pieza y orificios rectangulares por donde
se pasan los cables de video y corriente de la cámara. La pieza la podemos ver en la Figura
3.10.
Figura 3.10: Pieza que permite el movimiento vertical, elaborada con acrílico con tres orificios circulares que permiten
adherirse a la pieza que realiza el movimiento horizontal y anexar más piezas como esta..
La cámara tiene una base circular que permite el ajuste y enfoque de esta. La base se sujeta
con tornillos y tuercas de seguridad a la segunda pieza. El sistema completo lo podemos ver
en la Figura 3.11.
Figura 3.11: Sistema de captura de imágenes. Ajustado para mover vertical y horizontalmente la cámara cuando sea
necesario.
52
3.4. Sistema de registro de humedad y temperatura.
En los cultivos de cochinilla de nopal fina existen dos factores muy importantes que son
necesarios medir durante el desarrollo del insecto, estos son la humedad y temperatura. Ya
que dependiendo de las condiciones climatológicas su ciclo biológico puede acortarse con el
calor y alargarse con el frío. Es necesario entonces llevar un registro de los dos factores, para
saber si el cultivo se está desarrollando en condiciones satisfactorias para el crecimiento de
la cochinilla.
Por lo que se desarrolló un prototipo que permite monitorear los factores anteriormente
mencionados registrándolos cada 10 minutos y agrupándolos por fecha y hora exacta. Estos
registros son guardados en una memoria SD, con el objetivo de visualizar gráficamente el
comportamiento de estos factores en una computadora. El prototipo se puede ver en la Figura
3.12.
Figura 3.12: Sistema para registro de humedad y temperatura, que muestra en un display el porcentaje de humedad y los
grados centígrados que hay dentro del invernadero.
3.5. Identificación de cochinilla de nopal silvestre y fina.
Se encontró que existen características que diferencian una cochinilla de nopal silvestre de
una cochinilla fina. La diferencia a simple vista entre estas, es que el cuerpo de la silvestre
está cubierto por una madeja de algodoncillo blanco que no permite ver su cuerpo y cuesta
trabajo desprenderla. La fina solo está cubierta por una capa de polvo que forma un pequeño
círculo blanco a jsu alrededor y se puede apreciar claramente su cuerpo, así como saber su
tamaño, es fácil de retirar, solo con soplar sobre ella. Podemos apreciar los dos tipos de
cochinilla en la Figura 3.13.
53
Figura 3.13: Cochinilla de nopal fina; a) silvestre, es difícil ver en que fase de su ciclo biológico se encuentra debido a
que esta forrada con una especie de algodoncillo blanco, b) fina en fase de hembra adulta cubierta con polvo blanco.
3.6. Caracterización de la cochinilla de nopal.
Las características fisiológicas de la cochinilla que permite identificar cuando ha llegado a la
fase oviplena son tres; un indicador de maduración, el cual consiste en una gota que se forma
en su concavidad anal, esta cambia de color conforme el insecto va creciendo, iniciando con
un color transparente hasta llegar a un rojo intenso. El tamaño de su cuerpo, cuando alcanza
los 4mm y se aprecian pequeñas rayas que dividen en secciones su cuerpo. Un círculo
polvoriento de color blanco alrededor de su cuerpo que se distingue claramente. En la Figura
3.14 podemos ver estas características.
Figura 3.14: Caracterización fisiológica de la cochinilla de nopal fina a través de tres características: indicador de
maduración; pequeña bolita color roja, tamaño y círculo polvoriento alrededor de ella de color blanco.
54
CAPÍTULO IV
4. Resultados
4.1. Espacio controlado invernadero.
Para cultivar la cochinilla de nopal se diseñó un espacio donde las condiciones ambientales
estuvieran controladas y además brindará protección al cultivo. El espacio diseñado fue un
pequeño invernadero que alberga alrededor de 25 pencas de nopal, permite mantener sin
mucho cambio la temperatura y humedad que hay en el cultivo, así también protegerlo de la
presencia de depredadores, de la lluvia y el viento. La estructura la podemos ver en la Figura
4.1.
Figura 4.1: Estructura de invernadero. Construida con por perfil de aluminio de 3x3 cm, un techo en forma de V
invertida y paredes forradas con malla sombra.
La temperatura del interior del invernadero se pude regular abriendo y cerrando dos ventanas
que están a los lados, estas ventanas tienen malla sobra que evita la entrada de los
depredadores, pero permite la ventilación del interior. El techo también realiza esta función,
ya que se puede desprender hacia los lados y volver a su lugar sujetando sus extremos con
velcro.
55
Se colocaron tiras de alambre sujetadas con armellas, permite colgar los nopales en líneas,
los nopales son colgados con ganchos que se colocan dentro de pequeños arillos de metal que
permiten que no caigan al suelo, quedando como se ve en la Figura 4.2.
Figura 4.2: Espacio controlado: Invernadero en funcionamiento. Cuenta con tiras de alambre y arillos de metal en su
interior, forrado con plástico traslucido y malla sombra. El techo es sujetado con velcro.
4.2. Registros de humedad y temperatura dentro del invernadero.
Dentro del invernadero se colocó el sistema de registro de humedad y temperatura para
monitorear estas variables y obtener registros de ellas para su regulación durante el cultivo.
En la Figura 4.3 podemos ver gráficamente como se comportó la temperatura y humedad
dentro del invernadero donde se cultiva la cochinilla. Los registros temperatura dentro del
invernadero oscilan entre los 17° y 49° como mínimo y máximo respectivamente. Los de
humedad están entre 17% y 86%. Estos registros se tomaron durante estadios de 3 meses,
tiempo que tarda el ciclo biológico de la cochinilla.
56
Figura 4.3: Comportamiento de Humedad y Temperatura durante la experimentación. Temperatura y humedad máxima
de 49° C y 86% respectivamente.
4.3. Clasificación en fases de ciclo biológico de la cochinilla de nopal.
Durante el ciclo biológico de la cochinilla fina de periodos de 3 meses, se tomaron
fotografías, para generar una base de imágenes, con ellas se realizó la clasificación de
imágenes de 5 fases del ciclo; huevo, ninfa I, ninfa II, hembra adulta y hembra oviplena.
La base de imágenes tiene imágenes que miden 181 x 214 pixeles, estas fueron cambiadas a
un tamaño de 35 x 35 pixeles, durante este cambio se aplicó una transformación tipo Squash
modificando el aspecto de la imagen, debido a que está causa un efecto de aplastamiento.
Podemos observar un ejemplo del aspecto de nuestras imágenes en la Figura 4.4.
Figura 4.4: Transformación tipo Squash.
La base de imágenes se dividió en dos partes una para validación y otra para entrenamiento,
con un 25% y 75% de ellas respectivamente. Quedando con 424 para entrenamiento y 140
para validación. Podemos ver su apariencia en la Figura 4.5 y la Figura 4.6.
57
Figura 4.5: Ejemplos de imágenes de la BD de entrenamiento.
Figura 4.6: Ejemplos de imágenes de la BD de validación.
58
Para la clasificación por clases, se implementó una red neuronal del tipo LeNet cuya
arquitectura se puede observar la Figura 4.8, la cual fue entrenada en diferentes épocas, bajo
el método Nesterov's accelerated gradient (NAG) que nos permite converger, con una tasa
de aprendizaje de 0.01, obteniendo diferentes modelos.
Para el entrenamiento de los modelos se utilizaron 2 GPUs estos tardan en correr entre 4s y
6s. Uno de los modelos en la época 22 nos permitió obtener un mejor resultado de
clasificación al probar con diferentes imágenes. Dándonos un 80% de precisión, una pérdida
de información de 0.33% en el entrenamiento y 0.68% en la validación, el comportamiento
de la red se puede ver en la Figura 4.7.
Figura 4.7: Comportamiento de la red neuronal por épocas, implementado LeNet. Donde la época con mejores
resultados es la número 22. En color azul se aprecia el porcentaje de perdida de datos de entrenamiento y en color verde
la perdida de datos en validación. En color naranja la precisión de la red para la clasificación.
59
Figura 4.8: Arquitectura LeNet de la red neuronal. Conformada por una capa de escalamiento, dos capas de convolución
y de reducción o poolinig, una función de activación y el cálculo de la precisión de la red.
60
La época 22, se utilizó entonces para realizar pruebas de clasificación de las fases del ciclo
biológico de la cochinilla, utilizando imágenes que no existen en las bases de entrenamiento
y de validación. Obteniendo buenos resultados, los cuales se describen a continuación.
En la Tabla 5 podemos observar una imagen clasificada en la fase huevo, la clasificación en
esta fase ha sido correctamente con un 48.08% en su predicción. El sistema en promedio
clasifica este tipo de imágenes erróneamente en las fases de Ninfa II y Hembra oviplena.
Huevo 48.08 %
Ninfa I 36.03 %
Ninfa II 12.41 %
Hembra adulta 1.58 %
Hembra oviplena 1.90 %
Tabla 5. Predicción del 48.08% para la clasificación de la imagen en la fase Huevo del ciclo biológico de la cochinilla
de nopal fina.
En la Tabla 6 hay dos imágenes clasificadas en la fase ninfa I con un 86.5% y 89.09
respectivamente, la clasificación fue correcta. De las 133 imágenes proporcionadas al sistema
clasifica 6 como ninfa II y 2 como hembra adulta.
En la Tabla 7 observamos dos imágenes clasificadas en la fase ninfa II del ciclo biológico de
la cochinilla de nopal fina. La clasificación predicha se realizó correctamente al presentar un
99.99% y 99.86% respectivamente.
De las 133 imágenes de fase ninfa II proporcionadas al sistema este clasifica erróneamente
14 de ellas en fase ninfa I y 1 en fase huevo y fase hembra oviplena.
En la Tabla 8 se clasifican correctamente dos imágenes en fase hembra adulta, con una
predicción de 81.41% y 85.42% respectivamente. Al sistema se le proporcionaron 133
imágenes de las cuales 1 la clasifica en fase ninfa I y 23 en fase hembra oviplena
erróneamente.
En la Tabla 9 las imágenes clasificadas en fase hembra oviplena tienen un 67.86% y 96.11%
de predicción. Proporcionándole al sistema 133 imágenes, este clasifica erróneamente; 1
como fase huevo, 4 como ninfa II y 5 como hembra adulta.
Imagen Clases o Categorías Predicción
61
Imagen Clases o Categorías Predicción
Huevo 1.92 %
Ninfa I 86.5 %
Ninfa II 11.58 %
Hembra adulta 0.0 %
Hembra oviplena 0.0 %
Huevo 0.07 %
Ninfa I 89.09 %
Ninfa II 10.84 %
Hembra adulta 0.0 %
Hembra oviplena 0.0 %
Tabla 6. Clasificación de dos imágenes en fase Ninfa I del ciclo biológico de la cochinilla de nopal fina predichas con
86.5% y 89.09%.
Tabla 7. Predicción de casi el 100% para la correcta clasificación de dos imágenes en la fase Ninfa II del ciclo biológico
de la cochinilla de nopal fina.
Imagen Clases o Categorías Predicción
Huevo 0.0 %
Ninfa I 0.0 %
Ninfa II 99.99 %
Hembra adulta 0.0 %
Hembra oviplena 0.01 %
Huevo 0.0 %
Ninfa I 0.07 %
Ninfa II 99.86 %
Hembra adulta 0.02 %
Hembra oviplena 0.05 %
62
Imagen Clases o Categorías Predicción
Huevo 0.02 %
Ninfa I 7.84 %
Ninfa II 7.85 %
Hembra adulta 81.41 %
Hembra oviplena 2.88 %
Huevo 0.17 %
Ninfa I 0.09 %
Ninfa II 0.81 %
Hembra adulta 85.42 %
Hembra oviplena 13.51 %
Tabla 8. Clasificación de imágenes de cochinilla de nopal fina en fase Hembra adulta con una predicción de 81.41% y
85.42%.
Imagen Clases o Categorías Predicción
Huevo 0.18 %
Ninfa I 0.08 %
Ninfa II 0.04 %
Hembra adulta 31.84 %
Hembra oviplena 67.86 %
Huevo 2.52 %
Ninfa I 0.0 %
Ninfa II 0.13 %
Hembra adulta 1.24 %
Hembra oviplena 96.11 %
Tabla 9. Imágenes clasificadas en la fase Hembra oviplena del ciclo biológico de la cochinilla de nopal con una
predicción de 67.86% y 96.11%.
63
Cada una de las imágenes pasa por el proceso descrito en la arquitectura de la red neuronal
LeNet. Por ejemplo, en la Tabla 10, Tabla 11, Tabla 12 y Tabla 13 se observan cada uno de
los pasos por los que pasa una imagen, en la cual se aprendieron un total de 654,575
parámetros.
Descripción Estadística Visualización
Data
(activación)
Scaled
(activación)
Conv1
(pesos)
1,520 parámetros
aprendidos
Tabla 10. Capas; Data, Sacaled, Conv1.Resultados estadísticos y gráficos de cada capa en la arquitectura LeNet.
64
Descripción Estadística Visualización
Conv1
(activación)
Pool1
(Activación)
Conv2
(pesos)
25,050 parámetros
aprendidos
Conv2
(activación)
Tabla 11. Capas; Conv1-Activación, Pool1, Conv2, Conv2-Activación. Resultados estadísticos y gráficos de cada capa
en la arquitectura LeNet.
65
Descripción Estadística Visualización
Pool2
(activación)
ip1
(pesos)
625,500 parámetros
aprendidos
Ip1
(activación)
Ip2
(pesos)
2,505 parámetros
aprendidos
Tabla 12. Capas; Pool2, ip1, ip2-Activación, ip2. Resultados estadísticos y gráficos de cada capa en la arquitectura
LeNet.
66
Descripción Estadística Visualización
Softmax
(activación)
Tabla 13. Capas; Softmax. Resultados estadísticos y gráficos de cada capa en la arquitectura LeNet.
Se hicieron varias pruebas implementando la misma arquitectura LeNet, aplicando cambios
al tamaño de las imágenes y al número de épocas para el entrenamiento de la red en busca de
obtener un mejor resultado en la precisión de nuestro sistema, para clasificar de forma
correcta las fases del ciclo biológico de la cochinilla. Los resultados se pueden ver en la Tabla
14
Imágenes No.
Épocas Solución
Perdida
Precisión No.
Entrenamiento
No.
Validación Tamaño
Entrena-
miento
Valida-
ción
424 140 70x70 60 NAG 0.94 0.64 78.47
424 140 70x70 26 NAG 0.81 0.63 79.16
424 140 181x214 24 NAG 0.80 0.96 63.88
424 140 35x35 22 NAG 0.33 0.68 80.55
Tabla 14. Resultados del entrenamiento de cuatro redes neuronales bajo la arquitectura LeNet, donde la red con mejor
precisión se encuentra en la cuarta fila de la tabla.
Podemos observar que el mejor resultado de las pruebas realizadas es la 4ta fila de la Tabla
14 donde se obtuvo una precisión de 80.55 mayor a las anteriores, además la perdida de datos
es menor tanto en el entrenamiento como en la validación, así como el número de épocas en
las que se entrenó. El tamaño de la imagen es menor y se utilizó el mismo número de
imágenes durante el entrenamiento.
67
Esta red fue utilizada para clasificar las imágenes de cochinilla en las fases de su ciclo
biológico, los resultados de la clasificación se pudieron observar en las Tabla 5, Tabla 6,
Tabla 7, Tabla 8 y Tabla 9, donde se obtuvieron muy buenos resultados.
68
CAPÍTULO V
Colusiones y Trabajo Futuro
No cabe duda de que la producción de cochinilla de nopal fina exige un detallado
conocimiento sobre el cultivo del nopal como de la cochinilla, la identificación de sus
depredadores, las condiciones climatológicas en las que se desarrolla satisfactoriamente y
sobre todo de un sentido agudo de observación.
Por lo que en este trabajo se ha descrito un método para la clasificación del crecimiento de
la cochinilla de nopal fina durante su ciclo biológico, afín de proporcionar información
necesaria a las personas que la cultivan o que desean iniciar con su producción.
La clasificación se realiza en 5 fases del ciclo; huevo, ninfa I, ninfa II, hembra adulta y
hembra oviplena. Cada fase fue documentada, la adquisición de imágenes se realizó
manualmente y a través de video con el objetivo de formar una base de imágenes. Estas
imágenes fueron utilizadas para entrenar una red neuronal con la arquitectura LeNet, de las
cuales el modelo desarrollado aprendió ciertas características para clasificarlas en las clases
mencionadas anteriormente. El clasificador desarrollado permite clasificar imágenes de
cochinilla de nopal en 5 fases de su ciclo biológico.
Como se muestra en lo resultados se logró obtener un modelo con una precisión del 80 %,
que clasifica las imágenes proporcionadas de manera correcta en la mayoría de los casos. Se
puede observar que la clasificación se realiza con imágenes que presentan en la mayoría de
las veces una cochinilla fina por imagen, en aquellas donde existen de dos a más cochinillas
finas, la clasificación se inclina a la clase con el mayor número de cochinillas presentes en la
imagen. Por cada imagen clasificada se obtiene un porcentaje de predicción por cada una de
las clases, la suma total de estos porcentajes dan como resultado 100%, el porcentaje
representa la probabilidad de pertenecer a cierta clase.
El tiempo de procesamiento transcurrido para el entrenamiento fue de 4s, relativamente
rápido, esto debido a que se realiza en 2 GPUs que aceleran el proceso, por consiguiente, la
clasificación de una imagen se realiza en escasos segundos. Un trabajo futuro sería realizar
la clasificación de más fases del ciclo biológico de la cochinilla fina y que en una misma
imagen se puedan diferenciar las cochinillas que pertenezcan a clases diferentes.
Con los resultados obtenidos de esta investigación se mostró que se pueden clasificar las
fases del ciclo biológico de la cochinilla de nopal fina, por lo que se podría aplicar en la
clasificación de otros insectos e incluso especies más grandes.
69
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