Please use this identifier to cite or link to this item: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/49734
ORCID:  http://orcid.org/0000-0003-4299-8553
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Avaliação temporal da detecção de deficiências nutricionais em folhas de café por deep learning
Alternate title (s): Temporal evaluation of nutrient deficiency detection in coffee leaves by deep learning
Author: Ferraz, Hericles Felipe
First Advisor: Escarpinati, Mauricio Cunha
First coorientator: Ribeiro, Thiago Pirola
First member of the Committee: Travençolo, Bruno Augusto Nassif
Second member of the Committee: Vieira, Marcelo Andrade da Costa
Summary: O diagnóstico de deficiências nutricionais na cafeicultura, um pilar do agronegócio brasileiro, é tradicionalmente reativo e subjetivo. Este trabalho propõe uma análise temporal para a detecção precoce de estresses nutricionais, com o objetivo de determinar a partir de que momento os sintomas se tornam visualmente discriminativos para modelos de aprendizado profundo. Para isso, comparou-se sistematicamente o desempenho de três arquiteturas de deep learning, sendo elas ResNet50, Vision Transformer (ViT-B/16) e um modelo híbrido CNN-ViT, na classificação de seis deficiências nutricionais (N, P, K, Ca, Mg, S) e uma classe de controle, com um conjunto de dados de imagens RGB coletadas ao longo de cinco meses. Os resultados de 98 experimentos demonstram que o desempenho dos classificadores é fortemente dependente do estágio dos sintomas, com melhor desempenho observado na configuração que retém os 40% temporais finais do período experimental. Sob o protocolo padronizado adotado, a arquitetura ResNet50 superou o Híbrido CNN-ViT, que por sua vez superou o ViT-B/16, com acurácia máxima de 77,97% para a arquitetura convolucional com imagens de 512 × 512 pixels, contra 71,68% do Híbrido e 67,74% do ViT-B/16. A análise exploratória de interpretabilidade via Grad-CAM produziu mapas de ativação visualmente compatíveis com a sintomatologia agronômica esperada para cada deficiência. Conclui-se que, nas condições controladas do experimento, o viés indutivo de localidade das CNNs mostrou-se mais adequado para a captura de padrões texturais foliares neste domínio, e que a análise temporal é crucial para entender os limites e o potencial da detecção precoce automatizada.
Abstract: The diagnosis of nutritional deficiencies in coffee cultivation, a cornerstone of Brazilian agribusiness, is traditionally reactive and subjective. This work proposes a temporal analysis for the early detection of nutritional stress, with the objective of determining from which point in time symptoms become visually discriminative for deep learning models. To this end, three deep learning architectures were systematically compared, namely ResNet50, a Vision Transformer (ViT-B/16), and a hybrid CNN-ViT model, in the classification of six nutritional deficiencies (N, P, K, Ca, Mg, S) and a control class, using an RGB image dataset collected over five months. The results of 98 experiments demonstrate that the performance of the classifiers is strongly dependent on the symptom stage, with the best observed performance in the configuration that retains the final 40% of the experimental period. Under the standardized protocol adopted, the ResNet50 architecture outperformed the Hybrid CNN-ViT, which in turn outperformed the ViT-B/16, with the convolutional architecture reaching a maximum accuracy of 77.97% with 512 × 512 pixel images, against 71.68% for the Hybrid and 67.74% for the ViT-B/16. An exploratory interpretability analysis via Grad-CAM produced activation maps visually consistent with the expected agronomic symptomatology of each deficiency. Under the controlled experimental conditions, the inductive locality bias of CNNs proved more suitable for capturing foliar texture patterns in this domain, and temporal analysis is crucial for understanding the limits and potential of automated early detection.
Keywords: Redes Neurais Convolucionais
Convolutional Neural Networks
Vision Transformers
Vision Transformers
Modelos Híbridos
Hybrid Models
Interpretabilidade
Interpretability
Deficiências Nutricionais
Nutritional Deficiencies
Diagnóstico Foliar
Foliar Diagnosis
Agricultura de Precisão
Precision Agriculture
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAO::PROCESSAMENTO GRAFICO (GRAPHICS)
CNPQ::CIENCIAS AGRARIAS::AGRONOMIA::CIENCIA DO SOLO::FERTILIDADE DO SOLO E ADUBACAO
Subject: Computação
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Ciência da Computação
Quote: FERRAZ, Hericles Felipe. Avaliação temporal da detecção de deficiências nutricionais em folhas de café por deep learning. 2026. 148 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.11030.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.11030
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/49734
Date of defense: 17-Jul-2026
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 2. Fome zero e agricultura sustentável - Acabar com a fome, alcançar a segurança alimentar e melhoria da nutrição e promover a agricultura sustentável.
ODS::ODS 12. Consumo e produção responsáveis - Assegurar padrões de produção e de consumo sustentáveis.
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