ABSTRACT Macaw palm (Acrocomia aculeata) is a potential raw material for biodiesel production owing to its high oil content. In this study, a model is created that can estimate the oil percentage in Macaw fruit using spectral indices obtained via computer vision. Ninety Macaw fruits are used to perform an experiment. They are categorized into three stages of maturation and counted in terms of weeks after flowering. Images of the fruits are captured using a multispectral camera in the visible spectral region (RGB) and infra-red regions (NIR), which allows spectral indices to be obtained. A model is established using the principal component regression method and used to estimate the oil content based on the colorimetric characteristics of Macaw palm fruits. The selected model is composed of the first two principal components, which indicate an explanatory potency of 91.57% of the variance. Applying this information to the validation data, the model exhibits a determination coefficient of 0.91, mean square error of 10.61%, and standard error of 5.46% in terms of the oil content, which indicates that computer vision is a promising alternative method for estimating oil content.

RESUMO Os índices de vegetação são importantes indicadores da saúde e produtividade das culturas agrícolas. Dentre os tipos de sensores, os sensores proximais podem ser utilizados para tomada de decisão em tempo real. Dessa forma, o objetivo deste estudo foi desenvolver um sistema sensor proximal, com base em fototransistor, para obtenção e armazenamento dos índices de vegetação: NDVI (Índice de Vegetação da Diferença Normalizada), SR (Razão Simples), WDRVI (Índice de Vegetação de Larga Escala Dinâmica), SAVI (Índice de Vegetação Ajustado ao Solo) e OSAVI (Índice de Vegetação Ajustado ao Solo Otimizado). O sistema sensor foi desenvolvido utilizando um circuito analógico para realizar a aquisição de dados de reflectância das bandas do vermelho e infravermelho próximo. O sistema sensor foi calibrado, utilizando grama Zoysia japonica, para ajustar seus valores aos de um espectroradiômetro. Desenvolveu-se um algoritmo que calcula os índices de vegetação e armazena os resultados em um arquivo. Avaliou-se a correlação de Pearson entre os índices de vegetação obtidos com o sistema sensor e o espectroradiômetro. Os índices de vegetação apresentaram correlação de Pearson superiores a 0,92 com os valores estimados pelo espectroradiômetro. Nas condições analisadas, o sistema sensor proposto pode ser utilizado na determinação de todos os índices de vegetação abordados.

ABSTRACT Vegetation indexes are important indicators of the health and yield of agricultural crops. Among the sensors used to evaluate vegetation indexes, proximal sensors can be used for real-time decision-making. Thus, the objective of this study was to develop a proximal sensor system based on phototransistors to acquire and store the following vegetation indexes: normalized difference vegetation index, simple ratio, wide dynamic range vegetation index, soil-adjusted vegetation index, and optimized soil-adjusted vegetation index. The sensor system was developed using an analog circuit to acquire reflectance data from red and near-infrared bands. The sensor system was calibrated according to the results of a spectroradiometer, using Zoysia japonica grass as the target. An algorithm that calculates and stores vegetation indexes in a file was developed. The Pearson correlation between the vegetation indexes obtained with the sensor system and the spectroradiometer was evaluated. The vegetation indexes presented a Pearson correlation higher than 0.92 to the estimated values by the spectroradiometer. Under the evaluation conditions, the proposed sensor system could be used to determine all vegetation indexes evaluated.

ABSTRACT There exist two options for digital cameras that can capture the near-infrared (NIR) band. Conventional red–green–blue (RGB, visible bands) cameras with a single sensor provide NIR band visibility based on the removal of the internal NIR-blocking filter. Alternatively, multisensor cameras exist that have a specific sensor for each band. The modified RGB cameras are of a lower price. In this context, the objective of this study was to compare the performance of a modified RGB camera with that of a multisensor camera for obtaining the normalized difference vegetation index (NDVI) in an area with coffee cultivations. A multispectral camera with five sensors and another camera with only one sensor were used. The NDVI of the coffee field was also measured using the GreenSeeker handheld NDVI sensor manufactured by Trimble. The images were calibrated radiometrically based on the targets in shades of gray made of napa, and the NDVI was calculated after image calibration. The calibration curves showed a high coefficient of determination. The NDVI value obtained with the calibrated images from the cameras showed a significant correlation with the values obtained by the GreenSeeker NDVI sensor, making it possible to obtain the variability pattern of the vegetation index. However, the NDVI obtained using the multisensor camera was closer to the NDVI obtained by the GreenSeeker NDVI sensor.

ABSTRACT The delimitation of management classes is critical for successful precision agriculture. This process involves choosing the variables to use and analyzing the spatial variability of the variables. Thus, the objective of this study was to analyze the correlation between management class maps generated from orbital images and yield maps. A 95-hectare area of rainfed grain was evaluated. Yield maps were obtained for the 2015/2016 and 2016/2017 soybean crops. Orbital images were used from two dates for each crop to generate vegetation index maps. The spatial correlation between the vegetation indices and the yield maps was obtained using a bivariate Moran index. The delineated management classes were compared using the Kappa index. This study demonstrated that the Kappa values resulting from the comparison between the management class maps generated from the soybean yield and the vegetation index ranged from 5% to 67% depending on the number of delineated classes. The highest Kappa values were observed when the area was delineated into three classes.

ABSTRACT Macaw palm (Acrocomia aculeata) is a promising crop for biofuel production due to the high concentration of its fruit oil, but the harvest date is an issue to be better understood so it could be cultivated on an industrial scale. The aim of this study was to use the colorimetric properties of the macaw palm fruits to develop a neural network classifier to determine the ideal moment for harvesting, based on the oil content of the fruit mesocarp. During nine weeks of maturation were sampled 900 fruits of macaw palm fruits and the colorimetric properties of the RGB, HSI and CIELab color models were used to classify the fruits into immature and mature fruits. Kappa index and the overall accuracy values were used to access the classifier performance. The classifiers based on RGB parameters and on hue were considered equivalents having a Kappa index of 0.901 and 0.942, respectively, indicating the 59th week of maturation as the ideal time to harvest with the highest oil content.

ABSTRACT Environmental temperatures currently considered within comfort zone for broiler rearing may be misleading or even obsolete from actual values. Some factors such as animal genetics, nutrition and poultry management, mainly acclimatization to tropical and subtropical conditions, influence in determining the comfort zone for birds. This study aimed to evaluate the effects of five different thermal environments on animal welfare and rearing performance of broiler chickens, setting an ideal temperature range (comfort zone) for each of the first three weeks of poultry breeding. The chicks (375) were randomly placed into five climatic chambers set to distinct thermal conditions, being: one as recommended by the literature, another as stated by Cassuce and the other three at different levels of apparent cold stress (mild, moderate and severe). The findings showed that best poultry performance and ideal comfort indices (based on Black Globe Humidity and Temperature Index) were achieved within a temperature range between mild cold and Cassuce comfort temperature, rather than those previously reported in the literature.

A agricultura de precisão baseada nas propriedades físicas e químicas do solo exige uma amostragem densa para se determinar a variabilidade espacial no campo. Essa amostragem densa, muitas vezes, apresenta custo e tempo consumido elevados. Uma das técnicas para reduzir o número de amostras é definir zonas de manejo em função de informações coletadas no campo. Alguns pesquisadores têm demonstrado a importância desempenhada pelas variáveis elétricas do solo para definir zonas de manejo. Dessa forma, este trabalho teve como objetivo avaliar a relação entre a variabilidade espacial da condutividade elétrica aparente e as propriedades do solo em regiões de produção de cafés de montanha. Os mapas de variabilidade espacial foram gerados utilizando-se de técnicas de geoestatística. Com base nos resultados espacializados, foi realizada uma análise de correlação, utilizando-se do índice de Moran bivariado, entre o mapa de condutividade elétrica e as propriedades do solo. Observou-se que os mapas de potássio (K) e fósforo remanescente (P-rem) foram os que mais se aproximaram do padrão de variabilidade espacial da condutividade elétrica aparente do solo.

Precision agriculture based on the physical and chemical properties of soil requires dense sampling to determine the spatial variability of these properties. This dense sampling is often expensive and time-consuming. One technique used to reduce sample numbers involves defining management zones based on information collected in the field. Some researchers have demonstrated the importance of soil electrical variables in defining management zones. The objective of this study was to evaluate the relationship between the spatial variability of the apparent electrical conductivity and the soil properties in the coffee production of mountain regions. Spatial variability maps were generated using a geostatistical method. Based on the spatial variability results, a correlation analysis, using bivariate Moran's index, was done to evaluate the relationship between the apparent electrical conductivity and soil properties. The maps of potassium (K) and remaining phosphorus (P-rem) were the closest to the spatial variability pattern of the apparent electrical conductivity.

O objetivo deste trabalho foi utilizar imagens digitais adquiridas por câmeras acopladas em um balão a gás hélio para detectar variação nos status nutricionais em Brachiaria decumbens. Os tratamentos consitiram em cinco doses de nitrogênio (0; 50; 100; 150 e 200 kg ha-1) com 6 repetições cada, avaliados em delineamento inteiramente casualizado. Para a aquisição das imagens, foi utilizado um sistema de sensoriamento remoto composto por câmeras digitais e microcomputadores, utilizando um balão a gás hélio, para levantamento das câmeras nas alturas de 15; 20; 25 e 30 m. Também se utilizou de um medidor de clorofila portátil e análise do teor de nitrogenio foliar para efetuar comparações com os dados obtidos pelo sistema de sensoriamento remoto. Os dados foram adquiridos em duas fases, em condições climáticas distintas. Ao final de cada fase, foi medida a produtividade de matéria seca. Foram utilizados três índices de vegetação para avaliar a detecção dos diferentes status nutricionais. Os três índices foram capazes de detectar os efeitos das doses de N. Os índices formados com a banda verde mostraram-se mais eficientes.

The aim of this study was to use digital images acquired by cameras attached to a helium balloon to detect variation of the nutritional status in Brachiaria decumbens. The treatments consisted of five doses of nitrogen (0, 50, 100, 150 e 200kg ha-1) with six replications each, evaluated in a completely randomized statistical design. A remote sensing system composed of digital cameras and microcomputers was used for image acquisition, and a helium balloon lifted the cameras to the heights of 15, 20, 25 and 30m. A portable chlorophyll meter and analyses of leaf nitrogen content were used to make comparisons with data obtained by the remote sensing system. Data was acquired in two phases, in different climatic conditions. At the end of each phase, dry matter production was measured. Three vegetation indices were used to evaluate the detection of different nutritional status. The three indices were able to detect the effects of N doses. The indices constructed with the Green spectral band showed to be more efficient.

Parâmetros de qualidade podem alterar significativamente o preço do café; entretanto, a colheita seletiva dos frutos é frequentemente associada à boa qualidade do produto, procedimento que pode ser realizado por meio de vibrações mecânicas. Desta forma, o estudo e a avaliação do efeito localizado de fatores como frequência, amplitude e grau de maturação dos frutos, são fundamentais para construção de máquinas adequadas a este tipo de prática. O trabalho foi desenvolvido com o objetivo de se avaliar os fatores frequência, amplitude, grau de maturação, direção de excitação e número de frutos por pedúnculo, na eficiência de derriça. Para a realização dos ensaios de vibração em laboratório utilizou-se uma máquina vibradora eletromagnética. Amplitudes na faixa de 3,75 a 7,50 mm e frequências na faixa de 13,33 a 26,67 Hz foram testadas para a variedade Mundo Novo, em que os resultados mostraram que a frequência de 26,67 Hz apresentou uma eficiência maior de derriça para os frutos cereja e a amplitude de 7,5 mm indicou maior eficiência de derriça. Verificou-se, também, que o número de frutos por pedúnculo influencia a eficiência de derriça dos frutos de café da variedade Mundo Novo.

Quality parameters influence directly the coffee price. However, selective coffee harvesting is frequently associated to good quality of this product. This procedure can be performed by mechanical vibration. Therefore, the study of the frequency and amplitude parameters is important for the design of a specific harvesting machine. The objective of this work was to evaluate the effect of the frequency and amplitude of vibration, the coffee variety and the ripeness condition of the fruits upon the harvesting efficiency. The vibration tests were done in laboratory using an electromagnetic shaker. The tests were done using amplitudes in the range of 3.75 to 7.50 mm and frequencies in the range of 13.33 to 16.67 Hz. Branches of coffee plants of Mundo Novo variety were tested. The highest harvesting efficiency was obtained when using the 26.67 Hz frequency of vibration. The highest harvesting efficiency was obtained when an amplitude of 7.5 mm was used. It was also observed that the number of fruits per stem influences the harvesting efficiency of the coffee fruits of the Mundo Novo variety.

O ajuste da adubação nitrogenada é um tema que suscita preocupações econômicas e ambientais em todo o mundo. Isso decorre da elevada resposta das culturas, especialmente gramíneas, ao nitrogênio e da falta de métodos adequados de quantificação de sua disponibilidade no solo. Com o objetivo de avaliar a discriminação de três estágios nutricionais na cultura do trigo, foram utilizadas imagens digitais e um medidor portátil de clorofila (SPAD -502). Os dados foram coletados em três épocas (8; 14 e 20 dias após a adubação nitrogenada em cobertura - DAA), em parcelas de trigo submetidas a três doses de N (0; 30 e 60 kg ha-1). As imagens foram processadas para desenvolvimento dos classificadores multivariados, utilizando-se de nove índices espectrais com as combinações dos valores médios dos "pixels". Os dados de clorofila e N foliar foram utilizados para desenvolver classificadores univariados. Verificou-se que o sistema de visão artificial foi mais eficiente que o SPAD aos 8 DAA. Aos 14 e 20 DAA, a classificação univariada com os dados SPAD foi equivalente aos classificadores com dados de imagens. Com a utilização das imagens digitais, foi possível discriminar os estágios nutricionais oito dias após a primeira adubação nitrogenada em cobertura.

Sidedress nitrogen fertilization is currently discussed throughout the world due to its economical and environmental implications. The cereal crops strongly respond to N application and there is a lack of current methods to determine N availability on the soil. The aim of this work was to evaluate the discrimination among three nutritional levels in wheat crop using digital images and a portable chlorophyll meter. Data were collected in plots with three levels of N (0; 30 and 60 kha-1) in three dates (8; 14 and 20 days after sidedress fertilization). The images were processed using nine spectral indices and elaborated multivariate classifiers based on the mean pixel values. The chlorophyll data and leaf nitrogen concentration were used in univariate classifiers. The classification using the machine vision techniques were better than the chlorophyll meter (SPAD) at 8 DAF, since the Kappa coefficient was better than a random classification. At 14 and 20 DAF there were no statistical differences between this type of data and the data from images. Using digital images it was possible discriminate the nutritional levels eight days after sidedress fertilization.

Este trabalho teve como objetivo avaliar o uso de índices espectrais, retirados de imagens digitais, para discriminar diferentes doses de N no feijoeiro. O trabalho, conduzido em vasos de 8 dm³, teve cinco tratamentos (0; 50; 100; 150 e 200 kg de N ha-1), com dez repetições. As imagens foram adquiridas aos 30; 40 e 50 dias após a emergência. Foram desenvolvidas funções discriminantes quadráticas, tendo como vetores de entrada as médias dos "pixels" de diferentes combinações dos quatro índices espectrais testados. Três diferentes tamanhos de blocos de imagem foram testados 9 x 9; 20 x 20 e 40 x 40 "pixels". Os melhores resultados foram alcançados pelos blocos de 9 x 9 e 20 x 20 "pixels", apresentando classificação 94; 96 e 96% superior à classificação ao acaso para os blocos 9 x 9 "pixels" e 92; 94 e 94% para os blocos 20x20 "pixels" aos 30; 40 e 50 dias após a emergência, respectivamente.

The objective of this work was to evaluate image spectral indices to detect nitrogen levels applied to bean plants. The experiment was in pots with 8 dm³ of soil, five treatments (0; 50; 100; 150 and 200 kg of N ha-1) with ten repetitions. The images were taken at 30; 40 and 50 days after emergence. Quadratic discriminant functions were developed, and the input vector was the average of the pixels from different combinations of four spectral indices. Three different sizes of image blocks were tested: 9 x 9, 20 x 20 and 40 x 40 pixels. The best results were obtained when using the 9 x 9 and 20 x 20 pixels blocks, with classification performance of 94; 96 e 96% better than a random classification for the blocks 9 x 9 pixels and 92; 94 and 94% for the blocks 20 x 20 pixels at 30; 40 e 50 days after emergency, respectively.

Neste estudo, desenvolveu-se um modelo de simulação para analisar a dinâmica de um sistema a fim de controlar automaticamente a altura de corte em colhedoras. Este modelo foi implementado com base nas equações diferenciais, que descrevem a dinâmica da plataforma de corte, o comportamento do sistema hidráulico e o controlador. O sistema de controle realimentado simulado foi constituído de uma célula de carga, destinada a medir a força de contato entre o solo e o mecanismo de corte, um controlador PID e um sistema hidráulico de atuação, composto de uma válvula proporcional direcional de quatro vias e um atuador. Analisou-se a influência da velocidade de deslocamento da máquina (1,0, 1,5 e 2,0 m s-1), da pressão de suprimento do sistema hidráulico (6,8, 13,7 e 20,6 MPa), da massa da plataforma (40, 60 e 80 kg) e da força de contato de referência do controlador (200, 400 e 800 N) no desempenho do sistema de controle. Os aumentos na pressão de suprimento, massa da plataforma e força de referência, proporcionaram melhores condições para o funcionamento do sistema de controle proposto.

A simulation model to analyze the dynamics of a system to control automatically the cutting height in harvesters was developed. The model was developed using the differential equations that describe the dynamics of the cuttig platform, the behavior of the hydraulic system and the controller. The simulated feedback control system was composed by a load cell that measures the contact force between the soil and the cutting device, a feedback controller (PID) and a hydraulic system with proportional directional four-way valve and actuator. The effect of the following variables in the controller performance was analyzed: speed of the cutting device (1.0, 1.5 and 2.0 m s-1); pressure in the supply line of the hydraulic system (6.8, 13.7 and 20.6 MPa); ballast added in the cutting mechanism (40, 60 and 80 kg) and the contact force between the cutting device and the soil (200, 400 and 800 N). The developed model showed to be a useful tool for analyzing the dynamics of the controller. The increase in the supply pressure, mass of the cut platform and reference force provided better performance of the control system.

Este trabalho avaliou o desempenho de uma derriçadora portátil para cafeicultura de montanha durante a colheita de frutos de cafeeiros Catucaí e Catuaí, em vários estádios de desenvolvimento. Foram determinados as características dos cafeeiros, as curvas características do motor da derriçadora, a capacidade e a eficiência de derriça, o consumo de energia, a desfolha e o nível de ruído emitido pela máquina. A derriçadora portátil teve desempenho satisfatório por apresentar baixa desfolha e número de galhos quebrados, capacidade de derriça regular, baixo consumo específico de energia e elevada eficiência de derriça. O nível de ruído aumentou com o aumento da potência requerida na derriça.

The portable harvester performance was evaluated for mountain coffee during the detachment of the fruits in different ages of the plants. The performance evaluation of the portable harvester was accomplished with four ages of plants and two coffee varieties. The coffee plant characteristics, the curve characteristics of the portable harvester engine, the detachment capacity and efficiency, the specific energy consumption, the mechanical damage and the noise level emitted by the machine were evaluated. The portable harvester held out a satisfactory performance by presenting less mechanical damage and number of broken branches, a regular detachment capacity, low specific energy consumption and high detachment efficiency. The noise level increased with the increasing of the power requirement.

Um dos passos fundamentais no processamento de imagens para um sistema de visão artificial é a segmentação dos objetos de interesse na cena, e um dos métodos mais utilizados é a limiarização, em especial quando o objetivo é agrupar os pixels em duas classes. Neste método, o valor do limiar determina o número de pixels atribuídos a cada classe, além de influenciar a dimensão e a forma dos objetos nas imagens segmentadas. A utilização de métodos automáticos para definição do limiar, não só evitaria a influência de operadores mas, também, tornaria mais rápida a escolha dos limiares no campo, onde a variação da iluminação influencia os valores dos pixels. Este trabalho objetivou implementar e avaliar dois métodos automáticos de limiarização para identificação de plantas de milho atacadas pela lagarta do cartucho. Foram utilizadas imagens de plantas atacadas e não-atacadas, em três épocas, correspondendo a diferentes dias após a infestação. As plantas foram reunidas em três grupos de 10, sendo as imagens de cada grupo obtidas sob uma intensidade luminosa diferente. As imagens processadas com o índice do excesso de verde normalizado foram limiarizadas, automaticamente, e comparadas com a limiarização manual das mesmas imagens. Os resultados obtidos pelos dois métodos automáticos de limiarização foram satisfatórios, apresentando média acima de 99% de exatidão global, evidenciando-se, portanto, que ambos os métodos têm potencial para serem utilizados em um sistema de identificação de plantas de milho atacadas pela lagarta do cartucho.

A fundamental step in image processing for machine vision is the scene segmentation and one of the most used methods is the threshold, especially when one desires to cluster the pixels in two classes. The image threshold affects the number of pixels in each class and the object shape and dimension. An automatic thresholding method not only could avoid operator's influence but also could speed up the threshold value definition in the field where light variation influences the pixels values. In this work, two automatic thresholding methods were evaluated for use in a machine vision system that identifies damaged corn plants by the armyworms. The images used were of damaged and not damaged corn plants in three stages. Three groups of 10 plants were collected to take the images of each group under different light intensities. The images processed with the excess green index were thresholded with the automatic methods and compared with the manual thresholding methods. The results of both automatic methods were good, with a mean accuracy higher than 99%, showing the potential of the system for identifying the damaged corn plants.

A aquisição de dados é um dos principais problemas enfrentados por engenheiros e pesquisadores responsáveis pela realização de testes de máquinas agrícolas, devido à alta complexidade dessas máquinas. Para estabelecer os parâmetros relacionados ao seu desempenho, uma série de variáveis precisam ser monitoradas. Diante disso, o objetivo deste trabalho foi desenvolver um programa de computador para aquisição automática de dados a serem utilizados na avaliação de máquinas agrícolas. O sistema foi implementado utilizando-se o programa de computador LabVIEW versão 6i e equipamentos da "National Instruments". Desenvolveram-se Instrumentos Virtuais (VI) para os seguintes tipos de sensores: célula de carga, torquímetro, sensor de rotação tipo sensor indutivo e sensor de velocidade tipo radar. No trabalho realizado implementou-se um sistema de aquisição automática de dados e se desenvolveu o aplicativo AvaliaMA para avaliação de máquinas agrícolas, o qual foi desenvolvido buscando-se a coleta de dados de forma eficiente e se eliminando os erros tradicionais gerados pela coleta de dados convencional, como anotações incorretas em planilhas e perda de dados. Observou-se, durante os ensaios, facilidade de operação do sistema, permitindo rapidez na operação de aquisição de dados, e a capacidade de se combinar o sistema implementado para atender a demandas de diversas pesquisas, podendo ser utilizado em diferentes tipos de máquinas agrícolas.

Data acquisition is one of the main problems that engineers and researchers face while testing agricultural machines, due to the high complexity of these machines. To analyze the performance of a machine, several variables need to be measured. The objective of this study was to develop an automatic data acquisition computer program for use in agricultural machine evaluation tests. The system was implemented using the LabVIEW software version 6i. Virtual instruments (VI) were developed for measuring data from the following sensors: load cell, torquimeter, rotational velocity meter and radar gun. The automatic data acquisition system developed showed, during the tests, capacity to present high precision results. It was found to be robust and versatile and has capacity to be combined in order to be used in different kinds of researches and conditions.