Sistema para detecção de desoxinivalenol em grãos de trigo por análise multiespectral

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Zaions, Deividi Felipe
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade de Passo Fundo
Instituto de Ciências Exatas e Geociências – ICEG
Brasil
UPF
Programa de Pós-Graduação em Computação Aplicada
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.upf.br/handle/123456789/1832
Resumo: Desonivalenol is one of the most commonly mycotoxins found in wheat grains due to Fusar- ium contamination. Its ingestion causes toxic effects, causing risk to both human and animal health, as well as the loss of economic value. Thus, the development of fast and robust tech- niques to the identification of this mycotoxin at the beginning of the production chain is of ut- most importance for global food security. Non-destructive techniques based on near-infrared (NIR) spectroscopy have shown promising prospects for the detection of DON contamination in wheat grains. However, recent studies use high-cost hyperspectral imaging equipment for data collection. As a result, complex mathematical models and high demanding processing are required to identify DON contamination. This work aims to develop a multispectral sys- tem for the identification of DON mycotoxin in wheat grains. Using multispectral sensors that operate within the visible and NIR spectrum, a portable system capable of communicating with a mobile device (smartphone) is designed. Two algorithms based on neural networks are then developed, one for regression and the other for binary decision between healthy and contaminated, and a mobile application to receive the spectral data from the sensor and process it together with the algorithms. For training, testing and validation of the proposed system it is used a total of 117 samples with different levels of contamination and 84 healthy samples. Through the obtained results it is checked that the regression algorithm did not show sufficient accuracy to indicate the levels of contamination. On the other hand, from the combination between the binary algorithm and the adaptation of the regression algorithm for binary decision, the system presented an accuracy R² of 0.855 for the identification of healthy and contaminated samples. With this, we could conclude that multispectral sen- sors operating in the visible and NIR region are capable of identifying DON contamination in wheat grains.
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As a result, complex mathematical models and high demanding processing are required to identify DON contamination. This work aims to develop a multispectral sys- tem for the identification of DON mycotoxin in wheat grains. Using multispectral sensors that operate within the visible and NIR spectrum, a portable system capable of communicating with a mobile device (smartphone) is designed. Two algorithms based on neural networks are then developed, one for regression and the other for binary decision between healthy and contaminated, and a mobile application to receive the spectral data from the sensor and process it together with the algorithms. For training, testing and validation of the proposed system it is used a total of 117 samples with different levels of contamination and 84 healthy samples. Through the obtained results it is checked that the regression algorithm did not show sufficient accuracy to indicate the levels of contamination. On the other hand, from the combination between the binary algorithm and the adaptation of the regression algorithm for binary decision, the system presented an accuracy R² of 0.855 for the identification of healthy and contaminated samples. With this, we could conclude that multispectral sen- sors operating in the visible and NIR region are capable of identifying DON contamination in wheat grains.Desonivalenol é uma das micotoxinas mais comumente encontradas em grãos de trigo em decorrência de sua contaminação pelo fungo Fusarium. Sua ingestão ocasiona efeitos tóxicos, causando risco à saúde humana e animal, assim como a perda de valor econômico em diversas produções. Dessa forma, o desenvolvimento de técnicas rápidas e robustas para a identificação dessa micotoxina no início da cadeia produtiva é de suma importância para a garantia alimentar global. Técnicas não destrutivas, baseadas em espectroscopia no infra-vermelho próximo (NIR- Near-Infrared), têm se demonstrado promissoras para a detecção da contaminação de DON em grãos de trigo. Contudo, os estudos recentes utilizam equipamentos hiper-espectrais por imagem de alto custo para a coleta de dados. Em decorrência disso, são necessários complexos modelos matemáticos e um processamento dispendioso para a identificação da contaminação por DON. Esse trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de um sistema multiespectral para a identificação da micotoxina DON em grãos de trigo. Para isso, projeta-se um sistema portátil utilizando sensores multiespectrais que operam dentro do espectro visível e NIR, capaz de comunicar-se com um dispositivo móvel (smartphone). Desenvolve-se então dois algoritmos com base em redes neurais, um para regressão e outro para decisão binária entre amostras saudáveis e contaminadas, e uma aplicação mobile para receber os dados espectrais do sensor e processar junto aos algoritmos. Para o treinamento, teste e validação do sistema proposto, utiliza-se de um total de 117 amostras com diferentes níveis de contaminação e 84 amostras sadias. Por meio dos resultados obtidos, verificou-se que o algoritmo de regressão não apresentou acurácia suficiente para indicação dos níveis de contaminação. Por outro lado, a partir da combinação entre o algoritmo binário e a adaptação do algoritmo de regressão para decisão binária, o sistema apresentou uma acurácia R² de 0,855 para a identificação das amostras. Com isso, pôde-se concluir que sensores multiespectrais que operam na região visível e NIR são capazes da identificação de contaminação por DON em grãos de trigoUniversidade de Passo FundoInstituto de Ciências Exatas e Geociências – ICEGBrasilUPFPrograma de Pós-Graduação em Computação AplicadaHölbig, Carlos Amaralhttp://lattes.cnpq.br/5419646313109789http://lattes.cnpq.br/6506973801068764Pavan, WillingthonZaions, Deividi Felipe2025-05-07T12:44:54Z2023-03-23info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfapplication/pdfZAIONS, Deividi Felipe. Sistema para detecção de desoxinivalenol em grãos de trigo por análise multiespectral. 2023. 57 f. 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