Espectroscopía de Reflectancia para la Clasificación y Predicción de Pigmentos en Cultivos Agronómicos
Autores: Falcioni, Renan; Antunes, Werner Camargos; Demattê, José Alexandre M.; Nanni, Marcos Rafael
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Espectroscopía de Reflectancia para la Clasificación y Predicción de Pigmentos en Cultivos Agronómicos
Categoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas
Subcategoría
Botánica
Palabras clave
Espectroscopía de reflectancia
Aprendizaje automático
Algoritmos de inteligencia artificial
Datos hiperespectrales
Pigmentos
Cultivos agronómicos
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 17
Citaciones: Sin citaciones
La espectroscopía de reflectancia, en combinación con algoritmos de aprendizaje automático e inteligencia artificial, es un método efectivo para clasificar y predecir pigmentos y fenotipos en cultivos agronómicos. Este estudio tiene como objetivo utilizar datos hiperespectrales para desarrollar un método robusto y preciso para la evaluación simultánea de pigmentos, como clorofilas, carotenoides, antocianinas y flavonoides, en seis cultivos agronómicos: maíz, caña de azúcar, café, canola, trigo y tabaco. Nuestros resultados demuestran una alta precisión y exactitud en la clasificación, con análisis de componentes principales (PCA) vinculados a agrupaciones y un análisis del coeficiente kappa que arroja resultados que oscilan entre el 92 y el 100% en las bandas de ultravioleta-visible (UV-VIS) a infrarrojo cercano (NIR) y a infrarrojo de onda corta (SWIR). Los modelos predictivos basados en regresión de mínimos cuadrados parciales (PLSR) lograron valores de R que oscilan entre 0.77 y 0.89 y valores de relación de rendimiento a desviación (RPD) superiores a 2.1 para cada pigmento en plantas C y C. La integración de métodos de fenotipado de pigmentos con quince índices de vegetación mejoró aún más la precisión, alcanzando valores que oscilan entre el 60 y el 100% en diferentes bandas de longitud de onda completas o de rango. Las longitudes de onda más responsivas fueron seleccionadas en función de un mapa de calor de agrupamiento, cargas beta, coeficientes ponderados y algoritmos de índice de vegetación hiperespectral (HVI), reforzando así la efectividad de los modelos generados. En consecuencia, la reflectancia hiperespectral puede servir como una herramienta rápida, precisa y exacta para evaluar cultivos agronómicos, ofreciendo una alternativa prometedora para el monitoreo y la clasificación en sistemas de agricultura integrada y producción agrícola tradicional. Proporciona una técnica no destructiva para la evaluación simultánea de pigmentos en las plantas agronómicas más importantes.
Descripción
La espectroscopía de reflectancia, en combinación con algoritmos de aprendizaje automático e inteligencia artificial, es un método efectivo para clasificar y predecir pigmentos y fenotipos en cultivos agronómicos. Este estudio tiene como objetivo utilizar datos hiperespectrales para desarrollar un método robusto y preciso para la evaluación simultánea de pigmentos, como clorofilas, carotenoides, antocianinas y flavonoides, en seis cultivos agronómicos: maíz, caña de azúcar, café, canola, trigo y tabaco. Nuestros resultados demuestran una alta precisión y exactitud en la clasificación, con análisis de componentes principales (PCA) vinculados a agrupaciones y un análisis del coeficiente kappa que arroja resultados que oscilan entre el 92 y el 100% en las bandas de ultravioleta-visible (UV-VIS) a infrarrojo cercano (NIR) y a infrarrojo de onda corta (SWIR). Los modelos predictivos basados en regresión de mínimos cuadrados parciales (PLSR) lograron valores de R que oscilan entre 0.77 y 0.89 y valores de relación de rendimiento a desviación (RPD) superiores a 2.1 para cada pigmento en plantas C y C. La integración de métodos de fenotipado de pigmentos con quince índices de vegetación mejoró aún más la precisión, alcanzando valores que oscilan entre el 60 y el 100% en diferentes bandas de longitud de onda completas o de rango. Las longitudes de onda más responsivas fueron seleccionadas en función de un mapa de calor de agrupamiento, cargas beta, coeficientes ponderados y algoritmos de índice de vegetación hiperespectral (HVI), reforzando así la efectividad de los modelos generados. En consecuencia, la reflectancia hiperespectral puede servir como una herramienta rápida, precisa y exacta para evaluar cultivos agronómicos, ofreciendo una alternativa prometedora para el monitoreo y la clasificación en sistemas de agricultura integrada y producción agrícola tradicional. Proporciona una técnica no destructiva para la evaluación simultánea de pigmentos en las plantas agronómicas más importantes.