Qualidade do tratamento de sementes de milho por imagem multiespectral: cobertura, cor e trincas

Como medir semente a semente a cobertura, a cor e a uniformidade do tratamento de sementes de milho por imagem multiespectral, e ver trincas sob o revestimento.

O tratamento de sementes costuma ser avaliado por dois caminhos. A análise química de uma subamostra diz quanto produto foi aplicado ao lote, em média. Já a forma como esse produto ficou em cada semente (quanto da superfície está coberta, se a camada é regular, onde ficaram as falhas) é julgada quase sempre a olho, em poucas sementes, com uma nota. A nota resume a semente numa categoria e depende de quem olha; ela não diz que porcentagem da superfície ficou descoberta, nem onde.

O corante cria um segundo problema: ele esconde a própria semente. Trincas e pequenas rupturas do pericarpo, que já pedem atenção em milho sem tratamento, ficam muito mais difíceis de ver sob uma camada colorida.

Este texto mostra o que a imagem multiespectral mede nesses dois pontos. A base são 490 sementes de milho de três tratamentos com o mesmo tipo de corante vermelho, chamados aqui de A, B e C (141, 179 e 170 sementes), imageadas no VideometerLab 4 em 19 bandas, de 365 a 960 nm, com pixel de 30 µm. Cada semente foi segmentada e medida individualmente, em uma face.

O que o espectro do corante revela sobre o revestimento

Os três revestimentos têm a mesma assinatura espectral (Figura 1): absorção forte de 365 a 570 nm, uma borda de absorção em 590 nm e reflectância alta no vermelho e no infravermelho próximo. Essa curva define duas janelas de trabalho.

Na faixa em que o corante absorve, do ultravioleta ao verde, a área revestida fica escura e a semente descoberta fica clara. É ali que o contraste entre produto e semente é máximo, e é dali que sai a medida de cobertura. No vermelho e no infravermelho próximo, o corante quase não absorve, e a imagem mostra a superfície da semente por baixo dele. É essa segunda janela que permite procurar trincas e ver o contorno do embrião através do tratamento.

A curva já diferencia os produtos. O Tratamento A reflete menos em todo o visível (15,4 em 590 nm, contra 27,2 e 28,8), sinal de um revestimento mais intenso; B e C têm espectros praticamente iguais.

Gráfico de reflectância da área revestida de 365 a 960 nm para os três tratamentos: reflectância baixa até 570 nm, subida brusca em torno de 590 nm e valores altos no vermelho e no infravermelho próximo, com o Tratamento A abaixo dos outros dois — Figura 1. Assinatura espectral da área revestida: mediana das sementes de cada tratamento, com o intervalo interquartil entre sementes sombreado. O corante absorve até 570 nm; do vermelho em diante, quase não absorve, e a semente aparece através dele.

Como separar a área tratada da área descoberta em cada semente

A separação é feita por uma nCDA, a transformação que combina as 19 bandas num único escore por pixel, treinada com exemplos de milho tratado e não tratado. O método está explicado no comparativo entre imagem RGB, multiespectral, NIR e raio X. Escore 0 ou menor indica superfície sem cobertura; acima de 0, o escore cresce com a intensidade do revestimento. No mapa, vermelho é produto e azul é semente descoberta (Figura 2).

Desse mapa saem, para cada semente, a área de cobertura, a composição da área coberta, a uniformidade e a posição das falhas. A cor do revestimento é medida à parte, só nos pixels revestidos: assim, uma semente com falhas não tem a cor puxada para o tom claro da semente descoberta.

Uma semente típica de cada tratamento em três colunas: imagem em cor, mapa nCDA em vermelho com falhas de cobertura em azul, e mapa de classes de revestimento. A semente do Tratamento C tem grandes manchas azuis no centro da face — Figura 2. Semente típica de cada tratamento: imagem em cor, escore nCDA (azul = sem cobertura; quanto mais escuro o vermelho, mais intenso o revestimento) e classes de revestimento. Os valores sob cada painel referem-se à semente mostrada.

Cor do revestimento: CIELab e ΔE00 na área tratada

Convertida para o espaço CIELab, a cor do revestimento separa A dos demais: A é mais escuro (luminosidade L* menor) e mais vermelho (ângulo de tom h menor), e B e C ficam muito próximos. A diferença de cor ΔE00 entre A e os outros dois é de 7,9 e 8,8, claramente visível; entre B e C, é de 1,8, pequena. Os valores abaixo são medianas da área revestida.

Mediana	A	B	C
L*	37,1	45,1	46,5
Tom h	34,6°	40,0°	38,7°
ΔE00 vs. A	ref.	7,9	8,8

A mesma imagem mostra partículas que o olho não separa. Sobre a área revestida aparecem pontos brancos de cerca de 60 µm, compatíveis com grafite, mais visíveis em 470 nm, onde o revestimento é escuro (Figura 3). A densidade mediana é de 1,45, 2,66 e 2,93 pontos por mm² de área revestida. A tem cerca da metade: menos grafite, ou grafite parcialmente encoberto pelo revestimento mais intenso. A imagem não decide entre as duas leituras, mas mede a diferença em cada semente.

Recortes da superfície revestida em 470 nm para os três tratamentos, com os pontos brancos detectados marcados em vermelho, e gráfico de pontos por milímetro quadrado por semente, com medianas de 1,45, 2,66 e 2,93 — Figura 3. Detalhes de 2,7 × 2,7 mm da face revestida em 470 nm (acima) e pontos brancos detectados (abaixo, em vermelho). À direita, pontos brancos por mm² de área revestida, um ponto por semente; a barra marca a mediana.

Cobertura e uniformidade do tratamento, semente por semente

A área de cobertura mediana é de 97%, 94% e 87% (Figura 4a). A distribuição diz mais do que a mediana: 63% das sementes de A têm mais de 95% da superfície coberta, contra 47% em B e só 5% em C. Em C, 26 sementes (15%) ficaram abaixo de 70% de cobertura.

A área coberta é dividida em revestimento fino, normal e espesso pelos percentis 20 e 80 de todos os pixels revestidos das 490 sementes. São classes relativas de intensidade, não uma espessura medida em micrômetros. Como o escore também depende do tom, elas comparam bem lotes de um mesmo produto; entre formulações diferentes, devem ser lidas junto com a cor. Aqui, o revestimento mais vermelho de A recebe escore menor (mediana 1,06, contra 1,47 e 1,42), embora absorva mais luz. Entre B e C, de cor quase igual, a comparação vale: B tem menos revestimento fino (15%, contra 22%) e fração parecida de espesso (27% e 26%) (Figura 4b).

A uniformidade é medida pelo desvio padrão local do escore nCDA (a feature MSILocalStdev do VideometerLab): quanto menor, mais regular a camada. As medianas são 0,181, 0,223 e 0,248 (Figura 4c). A ressalva do tom vale também aqui para A; entre B e C, a diferença vem só da aplicação, e C é o menos uniforme.

Três gráficos: área de cobertura por semente com medianas de 97, 94 e 87 por cento; composição da área coberta em revestimento fino, normal e espesso; e uniformidade por semente com medianas de 0,181, 0,223 e 0,248 — Figura 4. (a) Área de cobertura, um ponto por semente. (b) Composição da área coberta, média das sementes. (c) Uniformidade da semente inteira (menor = mais uniforme). Barra e rótulo marcam a mediana.

Onde falta tratamento: borda, centro, ponta e base

Dividindo cada semente em três anéis, da borda ao centro, e em três terços, da ponta à base (Figura 5), a falha de cobertura ganha endereço. Nos três tratamentos, a área descoberta cresce da borda para o centro da face: 3%, 5% e 14% na borda, contra 6%, 10% e 23% no centro. No comprimento, a ponta concentra as maiores falhas de B e C (11% e 20%, contra 7% em A).

O revestimento espesso aparece mais na borda de B e C (37% e 30%, contra 15% e 16% no centro). Parte disso é óptica: na superfície inclinada da borda, a luz atravessa a camada na diagonal e encontra mais produto no caminho. É o tipo de informação que uma nota visual não registra, e que indica onde olhar no processo de aplicação.

Diagrama das zonas da semente em anéis e terços, e barras empilhadas com a fração de cada zona sem cobertura e com revestimento fino, normal e espesso para os três tratamentos — Figura 5. (a) Zonas da semente: três anéis, cada um com um terço da distância ao centro, e três terços do comprimento. (b, c) Fração de cada zona sem cobertura e com revestimento fino, normal e espesso, média das sementes de cada tratamento.

Trincas e dano mecânico sob o revestimento

Para o dano mecânico, o exercício foi qualitativo. De um conjunto de sementes tratadas com dano, separamos as dez com dano perceptível e as imageamos juntas. Dez sementes mostram o que a imagem enxerga, mas não bastam para treinar nem validar um modelo.

As trincas de tamanho médio aparecem como linhas escuras no ultravioleta e no violeta (365 e 405 nm), mesmo quando quase não se veem na imagem em cor (Figura 6a). No vermelho (660 nm), em que o tratamento é transparente, as mesmas trincas têm menos contraste, mas sobre um fundo uniforme, sem a textura do revestimento. Onde o dano rompe o pericarpo, o tecido interno exposto não tem tratamento e fica claro no violeta, justamente a faixa em que o corante absorve (Figura 6b).

Três sementes de milho tratadas com dano mecânico, cada uma em cor e nas bandas de 365, 405 e 660 nanômetros, com setas amarelas indicando trincas que aparecem como linhas escuras e uma ruptura com tecido interno exposto — Figura 6. Detalhes de três sementes com dano mecânico, em cor e em 365, 405 e 660 nm. (a) Trincas médias, quase invisíveis na cor. (b) Embrião rompido com tecido interno exposto (seta à esquerda) e trinca (seta à direita). (c) Trinca ao longo do embrião. As setas estão na mesma posição em todas as bandas.

As trincas finas são mais difíceis de distinguir. Saber se um modelo consegue detectá-las exige mais sementes com esse dano, classificadas por um método de referência. A face do embrião parece ser a mais informativa, porque é nela que aparecem as trincas sobre o embrião e as rupturas com tecido exposto. E, no infravermelho próximo (850 nm), o contorno do embrião aparece através do tratamento. Isso abre caminho para um modelo em duas etapas: primeiro reconhecer qual face está voltada para a câmera, depois pontuar o dano naquela face.

Do teste ao controle de lote

Com uma amostra padrão de cada produto, imageada nas mesmas condições, cada lote tratado pode ser comparado com ela em cor (ΔE00), cobertura, composição e uniformidade, olhando a distribuição das sementes e não só a média. A mesma aquisição é a base para pontuar o dano mecânico na face do embrião, sem separar uma análise da outra. Para lotes maiores, o Autofeeder do VideometerLab leva as sementes ao campo de visão sem manuseio.

Como avaliar o tratamento das suas sementes

O caminho começa com uma amostra. Envie sementes tratadas e, se possível, algumas sementes sem tratamento do mesmo lote: elas servem de referência para separar o revestimento da semente. A análise é feita no equipamento de demonstração, em Curitiba (PR), e o retorno é um relatório que diz se a tecnologia mede o que você precisa acompanhar no seu tratamento, normalmente em cerca de dez dias úteis. Fale conosco e descreva o seu produto.