Publicação: Medida da atividade biológica de sementes de soja utilizando imagens de Laser Speckle
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CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA, CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA GERAL::METROLOGIA, TECNICAS GERAIS DE LABORATORIO, SISTEMA DE INSTRUMENTACAO, CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS
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Resumo
Este trabalho apresenta a aplicação do Laser Speckle na análise das fases biológicas
iniciais da semente de soja, desde a sua embebição em substrato úmido até a ativação
do processo de germinação. Essa técnica demonstra elevada eficácia devido à sua alta
sensibilidade óptica e ao seu caráter não destrutivo. A metodologia computacional aplicada
envolve a captura do Biospeckle, o cálculo do Histórico Temporal do Padrão de Speckle
(THSP), a construção da Matriz de Co-Ocorrência (MCO) e a extração do Momento de
Inércia Normalizado (NMI). Este último quantifica a dinamicidade das imagens, refletindo
o nível de atividade biológica da amostra no momento da aferição. A utilização do
NMI é crucial, pois a normalização em função da intensidade média da imagem garante
a reprodutibilidade do experimento. Sem esse ajuste matemático, variáveis físicas da
montagem experimental, como o comprimento de onda do laser e a distância da câmera,
poderiam gerar medições sem acurácia. Dessa forma, esta pesquisa consolida a técnica
de metrologia óptica ao padronizar as medições por meio da normalização e compara os
resultados dos estágios metabólicos da cultura com métodos tradicionais já estabelecidos
na biologia de sementes. Os resultados experimentais revelaram que a atividade biológica,
quantificada pelo NMI, atingiu um valor de pico de aproximadamente 0,15 da soja Olimpo
IPRO e 0,065 do tipo NEO 790 IPRO, quantitativamente fundamental para a validação da
técnica do Laser Speckle, mas a análise qualitativa dos resultados é também valiosa nesse
estudo. Ao analisar o comportamento temporal da curva obtida, foi possível estabelecer
uma correlação com o padrão trifásico de hidratação da semente, validando a técnica de
Biospeckle como uma ferramenta sensível e viável para o monitoramento contínuo e não
invasivo do desenvolvimento agrícola.
Abstract
This study presents the application of Laser Speckle in analyzing the initial
biological phases of soybean seeds, from their imbibition in a moist substrate to the
activation of the germination process. This technique demonstrates high efficacy due to its
high optical sensitivity and non-destructive nature. The applied computational methodology
involves capturing the Biospeckle, calculating the Time History of Speckle Pattern (THSP),
constructing the Co-Occurrence Matrix (COM), and extracting the Normalized Moment
of Inertia (NMI). The latter quantifies the dynamics of the images, reflecting the sample’s
level of biological activity at the time of measurement. The use of the NMI is crucial, as the
normalization by the average image intensity ensures the reproducibility of the experiment.
Without this mathematical adjustment, physical variables of the experimental setup, such
as the laser wavelength and camera distance, could yield inaccurate measurements. Thus,
this research consolidates the optical metrology technique by standardizing measurements
through normalization and compares the results of the crop’s metabolic stages with
traditional methods already established in seed biology. The experimental results revealed
that the biological activity, quantified by the NMI, reached a peak value of approximately
0.15 for the Olimpo IPRO soybean and 0.065 for the NEO 790 IPRO variety. While
these quantitative findings are fundamental for validating the Laser Speckle technique,
the qualitative analysis of the results is equally valuable in this study. By analyzing the
temporal behavior of the obtained curve, it was possible to establish a correlation with the
triphasic pattern of seed hydration, validating the Biospeckle technique as a sensitive and
viable tool for the continuous and non-invasive monitoring of agricultural development.
Palavras-chave
Speckle, Soja, Momento de inércia, Estágios de germinação, Metrologia óptica, Soybean, Moment of inertia, Germination stages, Optical metrology
Citação
SILVA, Marcos Camilo de Oliveira e. Medida da atividade biológica de sementes de soja utilizando imagens de Laser Speckle. 2026. 56 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Física de Materiais) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026.
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