Orientadores: Inacio Maria Dal Fabbro, Adilson Machado Enes

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola

Resumo: Técnicas ópticas vêm sendo utilizadas para diversas finalidades técnicas e científicas. Algumas técnicas ópticas se caracterizam como métodos robustos, de baixo custo, não invasivos e não destrutivos para avaliação de materiais diversos, como produtos agrícolas, havendo aplicações desde a...

Resumo: Técnicas ópticas vêm sendo utilizadas para diversas finalidades técnicas e científicas. Algumas técnicas ópticas se caracterizam como métodos robustos, de baixo custo, não invasivos e não destrutivos para avaliação de materiais diversos, como produtos agrícolas, havendo aplicações desde a engenharia até a área da saúde humana e animal. Neste trabalho propõem-se a avaliação de frutos através da combinação de duas técnicas ópticas cujos estudos vêm comprovando suas aplicabilidades como métodos alternativos e inovadores, os quais empregam equipamentos de baixo custo na aquisição dos dados, permitindo automação de processos de seleção e classificação de produtos. Uma dessas técnicas é conhecida como Biospeckle, a qual fornece informações referentes à qualidade do material biológico em nível de estruturas celulares e a outra é o escaneamento com linha laser, que permite a obtenção de geometria do objeto nos eixos Xi (i = 1,2,3). O objetivo é proceder a um levantamento topográfico digital de materiais biológicos combinando o posicionamento geométrico dos pontos da imagem com informações referentes à atividade biológica. Foi realizada ainda a diferenciação entre frutos de formato variado, a classificação de frutos por formato, classe, coloração e defeitos por meio de processamento de imagens. Dessa forma é possível observar frutos com irregularidades superficiais, maturidade, danos mecânicos e latentes, entre outros. Esta pode se tornar a base para a seleção automática de produtos agrícolas. Foram utilizados um emissor de linha laser de diodo com 632 nm de comprimento de onda, luz branca difusa, câmera CCD, computador, mesa óptica, mamões, peras, tomates e esferas de isopor, bem como softwares ImageJ, Octave, Matlab. Foram desenvolvidos cinco programas computacionais para processamento das imagens. Foram realizados cinco experimentos, a saber: (1) Avaliação da Maturidade de Frutos; (2) Reconstrução Tridimensional e Mapeamento da Bioatividade; (3) Detecção de Formato Variado; (4) Mapeamento por Formato, Classe e Coloração; (5) Detecção de Defeitos. Na Avaliação da Maturidade foram correlacionados índices de maturidade tradicionais (parâmetros de Hunter L a b, pH, Sólidos Solúveis Totais (SST), a relação Sólidos Solúveis Totais e Acidez Total Titulável (SST/ATT), Módulo de Elasticidade, massa e diâmetro) e a técnica óptica Biospeckle, pelo cálculo do Momento de Inércia (MI). Para a Reconstrução Tridimensional os frutos foram rotacionados através de um motor de passo. A cada passo do motor, o fruto foi iluminado pela linha laser projetada e fotografado para obtenção dos dados de geometria e Biospeckle pelo método LASCA (Laser Speckle Contrast Analysis). Foi analisada a correlação entre os índices de maturidade tradicionais e os valores de MI na avaliação da maturidade. Esta tese mostra que é possível avaliar a maturidade dos frutos através do Biospeckle. Obteve-se um mapa tridimensional que integra as informações de topografia e bioatividade do fruto. Obteve-se, ainda, a detecção de formato variado, a classificação de frutos por mapeamento por formato, classe e coloração e detecção de defeitos através de software

Abstract: Optical techniques have been used for both technical and scientific purposes. Optical techniques are usually characterized as being robust, inexpensive, non-invasive and non-destructive methods in to evaluate a diversity of materials which include agricultural derived products. It also...

Abstract: Optical techniques have been used for both technical and scientific purposes. Optical techniques are usually characterized as being robust, inexpensive, non-invasive and non-destructive methods in to evaluate a diversity of materials which include agricultural derived products. It also shows applications ranging from engineering to human and animal health. In this doctoral dissertation, a new technique to evaluate some fruit properties is proposed. It combines two optical techniques (i.e. Biospeckle and Scan-line laser) whose applicability has been demonstrated as being alternative and innovative. The new proposed technique allows low-cost data acquisition, automation of the entire process, and a proper selection and classification method of vegetable bodies (e.g. fruits). Biospeckle allows obtaining information regarding the quality level of biological material into cellular structures. Scan-line laser enables the attainment of the object geometry on the axes Xi (i=1,2,3). The main purpose of this doctoral dissertation is to obtain a digital survey of biological materials (i.e. papaya, pear and tomato) integrating both geometric positioning and information concerning to its biological activity. The differentiation between different fruit shapes, fruit sorting by size, class, color and defects through image processing was also carried out. Thus it was also possible to observe fruits with surface irregularities, maturity, and mechanical damage, among others. This is the basis proposed for the automatic selection of agricultural products. The following materials were employed in the tests: a line-emitting diode laser with a wavelength of 632 nm, diffuse white light, CCD camera, computer, optical table, papaya, pear and tomato fruits and polystyrene spheres. The softwares utilized were: ImageJ, Octave, Matlab. A total of five computer programs were developed for the image processing procedures. Five experiments were performed: (1) Maturity Assessment of Fruits; (2) Three Dimensional Reconstruction and Mapping of Bioactivity; (3) Miscellaneous Format Detection; (4) Mapping Format, Class and Coloration; (5) Defect Detection. In Maturity Assessment there were correlated traditional methods to verify the maturity (the Hunter parameters L a b, pH, Total Soluble Solids (TSS), the relationship between Total Soluble Solids and Titratable Acidity (TSS/TA), Modulus of Elasticity, weight and diameter) and the optical technique Biospeckle by calculating the Moment of Inertia (MI). For the Three Dimensional Reconstruction the fruits were rotated by a stepper motor. At every step of the motor, the fruit was illuminated by the projected laser line and photographed in order to obtain both geometric and biospeckle data by the LASCA (Laser Speckle Contrast Analysis) method. The correlation between traditional methods for the maturity assessment and values of MI was analyzed. This doctoral dissertation shows that it is possible to evaluate the maturity of fruits through Biospeckle. A three-dimensional map that includes topographical information and bioactivity of the fruit was generated. Also a software can now detect variations in size, classify fruit shapes, color and class as well as defect detection efficiently.