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Title: Fusão de sensores de baixo custo aplicada à seleção e classificação automatizada de mangas para exportação.
Other Titles: Low cost sensor fusion applied to the automated selection and classification of sleeves for export.
???metadata.dc.creator???: BORGES, Francisco Fechine.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: MATA, Mario Eduardo Rangel Moreira Cavalcanti.
DUARTE, Maria Elita Martins.
DUARTE, Maria Elita Martins.
???metadata.dc.contributor.referee1???: GRILO, Marcelo Bezerra.
???metadata.dc.contributor.referee2???: FOOK, Marcus Vinicius Lia.
???metadata.dc.contributor.referee3???: ARAGÃO, Renato Fonseca.
???metadata.dc.contributor.referee4???: GOMES NETO, Alfredo.
Keywords: Manga - Fruto;Mangas Tommy Atkins;Fusão de Sensores;Métodos Não-destrutivos;Processamento de Imagens;Sensores de Aceleração;Técnica de Impacto de Pequena Massa;Redes Neurais - Utilização;Estimuladores Isolados;Mango - Fruit;Tommy Atkins Sleeves;Sensor Fusion;Non-destructive Methods;Image Processing;Acceleration Sensors;Small Mass Impact Technique;Neural Networks - Use;Isolated Stimulators
Issue Date: Aug-2011
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: BORGES, Francisco Fechine. Fusão de sensores de baixo custo aplicada à seleção e classificação automatizada de mangas para exportação. 2011. 234f. (Tese de Doutorado em Engenharia de Processos), Programa de Pós-graduação em Engenharia de Processos, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande - Paraíba - Brasil, 2011. Disponível em: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/11371
???metadata.dc.description.resumo???: Produtos agrícolas, em especial frutas e hortaliças, estão sujeitos a danos físicos e fisiológicos durante praticamente todas as fases do processo produtivo: plantio, crescimento, colheita, transporte para galpões de processamento, lavagem e limpeza, seleção e classificação, embalagem e transporte ate o consumidor final. Um dos fatores decisivos para a garantia de competitividade, em mercados cada vez mais globalizados, e a capacidade de uma determinada cadeia de produção de fornecer produtos de alta qualidade, baixo custo e adequados ao consumidor final, alem de reduzir custos, perdas e danos aos menores níveis possíveis, compatíveis com os obtidos pelos produtores concorrentes. Neste contexto, diversas pesquisas tem sido realizadas, no mundo inteiro, objetivando o desenvolvimento e aplicação de novas tecnologias, incluindo sensores e sistemas de automação, para avaliação da qualidade, seleção e classificação de frutas e produtos hortícolas em geral. Progressos significantes tem sido obtidos na avaliação de parâmetros qualitativos internos e externos, principalmente em nível de laboratório. No entanto, a real automação, a baixo custo, das linhas de processamento pós colheita ainda e um desafio, devido a complexidade do problema da seleção: as frutas e produtos hortícolas possuem, intrinsecamente, uma maior variabilidade do que os produtos equivalentes processados, devido as próprias características particulares durante as diversas etapas da produção. Todas estas etapas, desde o plantio, passando pelo crescimento, colheita e pós colheita, alem do clima e eventuais doenças e pragas, afetam diretamente a variabilidade e a qualidade do produto final, elevando os investimentos em automação necessários para uma adequada seleção e classificação com foco no consumidor final. Alem da pesquisa com vistas a automação destes processos, e necessário o desenvolvimento de equipamentos de classificação por volume/peso com tecnologia nacional, mais acessível, de baixo custo de aquisição e com menores custos de operação e manutenção, para que possam ser utilizados por pequenas cooperativas de produtores rurais. O Capitulo 1 teve como objetivo identificar as características morfológicas e os principais defeitos encontrados em mangas Tommy Atkins. No Capitulo 2 o objetivo foi obter estimativas de parâmetros dimensionais dos frutos por meio de imagens em preto e branco, utilizando câmeras de vídeo de baixo custo. No Capitulo 3, a pesquisa destinou-se a estimar a massa (peso) das mangas por meio de imagens coloridas, capturadas com câmera fotográfica digital comercial. O objetivo do Capitulo 4 foi o de utilizar tecnologias sensoriais mecânicas diferentes, de baixo custo, simultâneas e integradas, para estimativa de firmeza das frutas. O Capitulo 5 teve por finalidade desenvolver uma metodologia de fusão de sensores visando uma melhor estimativa não-destrutiva de firmeza, demonstrando a viabilidade de utilização desta técnica para a determinação de um índice de firmeza de mangas Tommy Atkins a partir de parâmetros extraídos de dados de 3 sensores diferentes, sendo uma câmera de vídeo e dois sensores de aceleração, todos de baixo custo. Para a integração dos dados destes sensores foram utilizadas redes neurais artificiais. As considerações finais descrevem as seguintes principais contribuições diretas: modificações em algoritmo-padrão (método Otsu do Matlab®) de processamento de imagens de mangas, de modo a melhorar a segmentação da imagem da fruta; identificação do parâmetro área projetada superior como melhor estimador de massa de mangas Tommy Atkins, via processamento de imagens capturadas com câmeras de baixo custo; proposição de um novo parâmetro combinado de referenda para estimativa de firmeza de mangas Tommy Atkins, na técnica de impacto de pequena massa; demonstração da viabilidade de utilização de acelerômetro MEMS e microfone de eletreto vedado, ambos de baixo custo, para estimativa de firmeza de mangas Tommy Atkins, na técnica de impacto de pequena massa; utilização do Espectro de Resposta ao Choque de um acelerômetro MEMS e da amplitude (pico) do sinal de um microfone de eletreto vedado, como estimadores não-destrutivos de firmeza de mangas Tommy Atkins, na técnica de impacto de pequena massa; uso do centra de percussão para posicionamento dos sensores de aceleração na técnica de impacto de pequena massa; desenvolvimento de uma placa de conversão de nível (FACS1), de baixo custo, para interfaceamento direto de sensores de aceleração com placas de som de microcomputadores; a utilização de redes neurais artificiais como técnica de fusão de sensores melhorou significativamente (19,5%) as correlações dos estimadores não-destrutivos de firmeza com relação ao(s) parâmetro(s) de referenda, em comparação com os estimadores isolados.
Abstract: Agricultural products, especially fruits and vegetables, are subject to physical and physiological damage during all production steps: planting, growing, harvesting, transport to packing houses, washing and cleaning, sorting and classification, packaging and transportation to the final consumer. A key factor to ensuring competitiveness in globalized markets is the ability of a given production chain to provide high quality products, with low cost and suitable for the final consumer, while reducing costs, losses and damage to the lowest possible levels, compatible with those obtained by competitive producers. In this context, many studies have been carried out worldwide, aiming at the development and application of new technologies, including sensors and automation systems, for quality assessment, selection and classification of fruits and vegetables in general. Significant progress has been achieved in the evaluation of internal and external qualitative parameters, especially at laboratory level. However, real automation of postharvest processing lines, at low cost, is still a challenge, due to the complexity of sorting: fruits and vegetables have variability inherently greater than the equivalent processed products, especially as a result of their own particular characteristics during the production stages. All of these stages, from planting through growth, harvest and post-harvest, including climate, pests and diseases, affect directly the variability and the final quality of the product, increasing investments in automation for a proper selection and classification with focus on the final consumer. In addition to research aimed at automation of these processes, it is necessary to develop grading equipment by volume / weight with national (Brazilian) technology. Such equipments should be more accessible, have low cost and present lower operation and maintenance costs, so they can be used by small farmer cooperatives. In Chapter 1, the morphological characteristics and the main defects in Tommy Atkins mangoes were identified. In Chapter 2, the goal was to assess the dimensional parameters of the fruit, using b&w images and low cost video cameras. In Chapter 3, the work aimed to estimate the mass of mangoes using color images captured with a commercial digital camera. The objective of Chapter 4 was to use different mechanical sensor technologies, of low cost, simultaneous and integrated ones, for fruit firmness assessment. The purpose of Chapter 5 was to develop a methodology for sensor fusion for a better estimate of non-destructive firmness, demonstrating this technique feasibility for the determination of a maturity index by means of parameters extracted from data of three different sensors, a video camera and two acceleration sensors, all at low cost. Artificial neural networks were used for sensor fusion. Final considerations describe the main contributions of this work: modification in the Matlab® standard algorithm (Otsu's method) for image processing, in order to improve the segmentation of fruit images; identification of the projected area parameter as the best estimator of the mass of Tommy Atkins mangoes, through captured image processing with low cost cameras; proposition of a new combined reference parameter for estimating the firmness of Tommy Atkins mangoes, when using the low-mass impact technique; demonstration of the feasibility of MEMS accelerometer use and a sealed microphone electret, both of low cost, to estimate the firmness of Tommy Atkins mangoes, when using the low-mass impact technique; use of the Shock Response Spectrum of a MEMS accelerometer and the signal amplitude (peak) of a sealed electret microphone as non-destructive firmness estimators of Tommy Atkins mangoes, when using the low-mass impact technique; use of percussion point for positioning the acceleration sensors when using the low-mass impact technique; development of a level conversion board (FACS1), of low cost, for direct interfacing between acceleration sensors and computer sound cards; use of artificial neural networks, as sensor fusion technique, improved significantly (about 19.5%) the correlations of nondestructive firmness estimators in relation to the reference parameters, in comparison with the estimators used in separate.
Keywords: Manga - Fruto
Mangas Tommy Atkins
Fusão de Sensores
Métodos Não-destrutivos
Processamento de Imagens
Sensores de Aceleração
Técnica de Impacto de Pequena Massa
Redes Neurais - Utilização
Estimuladores Isolados
Mango - Fruit
Tommy Atkins Sleeves
Sensor Fusion
Non-destructive Methods
Image Processing
Acceleration Sensors
Small Mass Impact Technique
Neural Networks - Use
Isolated Stimulators
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharias
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/11371
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