Modelos matemáticos para estimativa da área foliar de um cafeeiro por meio de análise de imagens

Abstract

Uma característica da maioria das culturas, biologicamente relevante para produção e produtividade, é a área foliar total. Contudo, métodos diretos de estimação desse parâmetro causam danos às plantas e consomem muito tempo, enquanto os métodos indiretos, apesar de não destrutivos, baseados em análise de imagens, demandam maior precisão na aquisição das medidas, o que pode ser de difícil obtenção. O desenvolvimento de ferramentas computacionais acessíveis auxiliam na busca de novas abordagens indiretas, que podem ser mais indicadas a produtores e pesquisadores, pois possuem boa relação com valores reais obtidos por meio de métodos diretos. Neste trabalho, objetivou-se a construção de um modelo baseado em medições indiretas para estimar a área foliar em cafeeiros, usando análise de imagens, medição da intensidade luminosa e do índice de área foliar (IAF) obtido por meio do equipamento LAI-2000. Os dados de referência foram valores de área foliar total obtidos por meio do método de medição destrutivo Li-3100c. Os experimentos foram conduzidos na Universidade Federal de Lavras (Minas Gerais / Brasil), usando plantas de cultivo experimental da cultivar Topázio, com altura de dossel, variando de 0,43 à 1,14m. Dois modelos foram desenvolvidos usando imagens, onde algumas características das plantas foram coletadas, tais como: altura e largura e área de projeção. Uma lente olho-de-peixe adaptada à câmera digital comercial foi utilizada para produzir visões distintas das plantas, sendo que dois modelos foram desenvolvidos, um usando uma imagem superior e outro usando quatro imagens inferiores da planta. Além disso, três modelos usando dados de luxímetro e do equipamento LAI-2000 foram desenvolvidos, onde as intensidades luminosas foram capturadas no interior e abaixo da planta. Comparações entre os modelos e os dados reais mostraram R 2 de 0,94 para o modelo utilizando a área de projeção, 0,82 para altura e largura e 0,83 para o modelo utilizando imagens superiores. Tais resultados sugerem que estes modelos podem ser utilizados para estimar a área foliar de um cafeeiro. Os outros modelos, obtidos por meio do luxímetro e do LAI-2000, apresentaram baixos valores e mais estudos são necessários para que estes sejam utilizados.

One feature of most horticultural crop plants that is biologically relevant to their yield and productivity is total leaf area. However, the direct methods of estimation of the leaf area cause damages to the plants and are time consuming, whereas the indirect methods based on image analysis, which are non- destructive, demand accuracy in the set up of the measurement procedure, which can be difficult to achieve. The development of computer tools and their accessible characteristics help the search for new indirect approaches which can be reliable for producers and researchers, with a good association with the real values produced by the direct methods. This work aims to build a model based on indirect measurements to estimate the leaf area in coffee trees using image analysis, light intensity measuring and the leaf area index (LAI) obtained by LAI-2000. The reference data were the total leaf area values obtained by destructive method of measuring area Li-3100c. The experiments were conducted at the Federal University of Lavras (Minas Gerais / Brazil) by using trees of an experimental crop of the Topazio cultivar with a canopy height ranging from 0.43 to 1.14 m. Two models were developed using images and some features from the trees were collected, such as the height and width and their projected area. Fisheye lens adapted to commercial digital camera were used to produce views from the plants, when two distinct models were created, one using an image captured above the plant and another using four images from below. In addition, three models were developed using data from a luximeter and from the LAI equipment (LAI 2000), where the light intensities were captured in the middle and in the bottom of the plant. Comparisons among the models and the actual figures showed R 2 of 0.94 for the model using the projected area, 0.82 to plant height and width and 0.83 when the model was created with the above images. These results suggest that these models can be used to estimate the leaf area of a coffee tree. The other models, obtained by using luximeters and the LAI, presented low values and further studies need to be done, so that they can be used.