Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/40664
Título: Sensoriamento espectral assistido por aprendizado de máquina em plantas sob estresse abiótico e iluminação seletiva
Título(s) alternativo(s): Spectral sensing assisted by machine learning of plants under abiotic stress and selective lighting
Autor(es): Hornung, Felipe
Orientador(es): Fabris, José Luís
Palavras-chave: Nanopartículas
Espectroscopia de refletância
Aprendizado do computador
Algorítmos computacionais
Agricultura de precisão - Inovações tecnológicas
Tomate - Cultivo
Clorofila - Análise
Nanoparticles
Reflectance spectroscopy
Machine learning
Computer algorithms
Precision farming - Technological innovations
Tomatoes - Planting
Chlorophyll - Analysis
Data do documento: 29-Mai-2026
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: HORNUNG, Felipe. Sensoriamento espectral assistido por aprendizado de máquina em plantas sob estresse abiótico e iluminação seletiva. 2026. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2026.
Resumo: A nanotecnologia tem se destacado como uma abordagem promissora na agricultura para otimizar o desempenho das culturas; entretanto, as nanopartículas também podem ser introduzidas de forma não intencional no ambiente, resultando em efeitos ainda pouco compreendidos no desenvolvimento das plantas. Nesse contexto, torna-se cada vez mais relevante o desenvolvimento de técnicas confiáveis e não destrutivas capazes de identificar a exposição das plantas a nanopartículas e avaliar suas respostas fisiológicas. Este estudo investiga o uso combinado de espectroscopia de reflexão e análises de aprendizado de máquina para caracterizar folhas de plantas de tomate irrigadas com diferentes soluções (água, nanopartículas de prata e nanopartículas de ouro) e submetidas a diferentes condições de iluminação (vermelha, verde e azul e branca). Espectros de reflexão foram adquiridos na faixa do visível (400–800 nm), possibilitando a realização de análises de classificação e regressão. Algoritmos clássicos de aprendizado de máquina, incluindo K-Nearest Neighbors (KNN), Random Forest (RF) e Support Vector Machine (SVM), foram empregados para classificar as plantas de acordo com a solução de irrigação e a condição de iluminação utilizadas em cada amostra. Entre os modelos avaliados, o Support Vector Machine (SVM) apresentou o melhor desempenho, alcançando um F1-score superior a 0,96, com a classificação correta de 2085 entre 2160 amostras no conjunto de teste, evidenciando a robustez dos dados espectrais para classificar as folhas expostas a diferentes soluções contendo nanopartículas e diferentes condições de iluminação. Além da classificação, foram realizadas análises de clorofila, permitindo a quantificação do teor de clorofila nas plantas e a avaliação de sua relação com os diferentes tratamentos de irrigação e condições de iluminação. De forma geral, os resultados demonstram que a espectroscopia de reflexão aliada a técnicas de aprendizado de máquina constitui uma abordagem eficaz e não destrutiva, capaz de classificar plantas submetidas a diferentes tratamentos (irrigação e iluminação) e estimar o conteúdo de clorofila das mesmas. Essa metodologia pode se tornar uma ferramenta poderosa no contexto da agricultura de precisão, auxiliando nos estudos de desenvolvimento das plantas, visando aumentar a produtividade das colheitas através de condições e tratamentos otimizados.
Abstract: Nanotechnology has emerged as a promising approach in agriculture to optimize crop performance; however, nanoparticles can also be unintentionally introduced into the environment, resulting in effects that are still not fully understood in plant development. In this context, the development of reliable and non-destructive techniques capable of identifying plant exposure to nanoparticles and evaluating their physiological responses becomes increasingly important. This study investigates the combined use of reflectance spectroscopy and machine learning analysis to characterize leaves of tomato plants irrigated with different solutions (water, silver nanoparticles, and gold nanoparticles) and subjected to different lighting conditions (red, green, blue, and white). Reflectance spectra were acquired in the visible range (400–800 nm), enabling classification and regression analyses. Classical machine learning algorithms, including K-Nearest Neighbors (KNN), Random Forest (RF), and Support Vector Machine (SVM), were used to classify the plants according to the irrigation solution and lighting condition applied to each sample. Among the evaluated models, the Support Vector Machine (SVM) achieved the best performance, reaching an F1-score above 0.96, with 2085 correctly classified samples out of 2160 in the test set, demonstrating the robustness of the spectral data for classifying leaves exposed to different nanoparticle solutions and lighting conditions. In addition to classification, chlorophyll analyses were performed, allowing the quantification of chlorophyll content in the plants and the evaluation of its relationship with the different irrigation treatments and lighting conditions. Overall, the results demonstrate that reflectance spectroscopy combined with machine learning techniques is an effective and non-destructive approach, capable of classifying plants subjected to different treatments (irrigation and lighting) and estimating their chlorophyll content. This methodology has the potential to become a powerful tool in precision agriculture, supporting plant development studies and contributing to increased crop productivity through optimized conditions and treatments.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/40664
Aparece nas coleções:CT - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial

Arquivos associados a este item:
Arquivo Descrição TamanhoFormato 
sensoriamentoespectralaprendizadomaquina.pdf5,77 MBAdobe PDFVisualizar/Abrir


Este item está licenciada sob uma Licença Creative Commons Creative Commons