(73) Titular(es): (72) Inventor(es): (74) Mandatário:

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1 (11) Número de Publicação: PT (51) Classificação Internacional: G01B 11/28 (2006) G01N 33/483 (2006) G01C 11/04 (2006) G01C 11/06 (2006) (12) FASCÍCULO DE PATENTE DE INVENÇÃO (22) Data de pedido: (30) Prioridade(s): (43) Data de publicação do pedido: (73) Titular(es): UNIVERSIDADE DE TRÁS-OS-MONTES E ALTO DOURO APARTADO 1013, QUINTA DE PRADOS VILA REAL PT (72) Inventor(es): ANA ALEXANDRA RIBEIRO COUTINHO DE OLIVEIRA PAULA CRISTINA RIBEIRO COUTINHO DE OLIVEIRA JOÃO PAULO FONSECA DA COSTA MOURA PT PT PT (74) Mandatário: MARIA SILVINA VIEIRA PEREIRA FERREIRA RUA CASTILHO, N.º 50, 5º - ANDAR LISBOA PT (54) Epígrafe: METODOLOGIA NÃO DESTRUTIVA E DISPOSITIVO PARA CALCULAR O VIGOR E A EXPRESSÃO VEGETATIVA DAS ARBÓREO-ARBUSTIVAS E SUAS APLICAÇÕES (57) Resumo: A PRESENTE INVENÇÃO REFERE-SE A UMA METODOLOGIA NÃO DESTRUTIVA PARA DETERMINAR O VIGOR E A EXPRESSÃO VEGETATIVA DAS ARBÓREO-ARBUSTIVAS CONDUZIDAS EM FORMAS PRESSAS DE SUPERFÍCIE (E. G. VIDEIRAS E ACTINIDEAS), INDEPENDENTEMENTE DA VARIEDADE. A METODOLOGIA CONSISTE NA AQUISIÇÃO DE UMA IMAGEM DIGITAL DA VIDEIRA (1), OBTIDA NO CAMPO, QUE É SUBMETIDA A UM TRATAMENTO DIGITAL (2), QUE PERMITE IDENTIFICAR, LOCALIZAR E ISOLAR A MARCA DE REFERÊNCIA (5), QUE IRÁ PERMITIR DETERMINAR A ÁREA DE UM PIXEL DA IMAGEM, E AS VARAS DA VIDEIRA (6), PARA CALCULAR A ÁREA TOTAL DAS VARAS. COM BASE NA ÁREA DE UM PIXEL, NA ÁREA TOTAL DAS VARAS, NO NÚMERO DE VARAS E NA RELAÇÃO POLINOMIAL, ENTRE A ÁREA MÉDIA DE UMA VARA E O PESO MÉDIO DE UMA VARA (3) É DETERMINADO O VIGOR E A EXPRESSÃO VEGETATIVA (4). O CAMPO DE APLICAÇÃO DESTA METODOLOGIA ENQUADRA-SE POR EXEMPLO NO SECTOR DA VITICULTURA.

2 RESUMO METODOLOGIA NÃO DESTRUTIVA E DISPOSITIVO PARA CALCULAR O VIGOR E A EXPRESSÃO VEGETATIVA DAS ARBÓREO-ARBUSTIVAS E SUAS APLICAÇÕES A presente invenção refere-se a uma metodologia não destrutiva para determinar o vigor e a expressão vegetativa das arbóreo-arbustivas conduzidas em formas pressas de superfície (e.g. videiras e actinideas), independentemente da variedade. A metodologia consiste na aquisição de uma imagem digital da videira (1), obtida no campo, que é submetida a um tratamento digital (2), que permite identificar, localizar e isolar a marca de referência (5), que irá permitir determinar a área de um pixel da imagem, e as varas da videira (6), para calcular a área total das varas. Com base na área de um pixel, na área total das varas, no número de varas e na relação polinomial, entre a Área Média de uma vara e o Peso Médio de uma vara (3) é determinado o vigor e a expressão vegetativa (4). O campo de aplicação desta metodologia enquadra-se por exemplo no sector da Viticultura.

3 1 DESCRIÇÃO METODOLOGIA NÃO DESTRUTIVA E DISPOSITIVO PARA CALCULAR O VIGOR E A EXPRESSÃO VEGETATIVA DAS ARBÓREO-ARBUSTIVAS E SUAS APLICAÇÕES Domínio Técnico da Invenção O campo de acção desta metodologia enquadra-se no sector da Viticultura, auxiliando a avaliar o equilíbrio vegetativo/produtivo das videiras através do cálculo do vigor (definido na área cientifica da viticultura por Estimativa do Vigor ) e da expressão vegetativa. A determinação do vigor é um entre vários parâmetros, determinados na investigação técnico-científica, que reflecte o equilíbrio vegetativo/produtivo das videiras, directamente relacionado com a longevidade da mesma e com a capacidade produtiva e qualitativa das uvas. Estado da Técnica O vigor de uma videira está associado à dinâmica do seu crescimento, sendo caracterizado por varas de diâmetro e comprimento elevados, com entrenós longos, associando ainda à grande emissão de netas, lançamentos secundários e de ladrões. As folhas assumem também uma maior superfície e tonalidade verde-escura (Champagnol, 1984; Fregoni, 1999; Magalhães, 2008, Toda, 2008). A estimativa do vigor é um de entre vários parâmetros vitivinícolas, indicadores do equilíbrio vegetativo/produtivo de uma videira, e consequentemente da qualidade (Toda, 2008). Uma poda equilibrada em termos de carga e correspondente

4 2 vigor, garante pois não só o melhor balanço entre a parte vegetativa e a produtiva para uma boa maturação visando a qualidade, mas também a potencialidade para uma regularidade de produções através dos anos, e um estado vegetativo correspondente à maior longevidade da videira (Magalhães, 2008). Uma poda equilibrada, visando um vigor médio, deve assim procurar estabelecer a máxima carga possível compatível com uma redução mínima da capacidade da videira, referindo Toda (2008) que o número e olhos atribuídos por cepa influenciam directamente a área foliar, rendimento, qualidade e consequentemente o microclima do coberto vegetal. Quanto maior é a produtividade, menor é o vigor, ou seja, menor é a área foliar por lançamento e também a relação entre esta e o volume de produção (Champagnol, 1984; Toda, 2008). A quantidade de hidratos de carbono sintetizados nesse ano é canalizada em maior proporção para um superior número de cachos, reflectindo-se negativamente na quantidade armazenada nas reservas e consequentemente na capacidade da videira produzir no ano seguinte. Magalhães (2008) acrescenta ainda que uma baixa produtividade associada a carga insuficiente, não conduz necessariamente a melhores maturações e qualidade de vindima, devido à baixa área foliar estabelecida e elevado vigor das varas. Sempre que o vigor é muito elevado, fruto nomeadamente de condições de grande fertilidade do solo ou da execução de poda muito severa, o excessivo adensamento da vegetação consequente (Murisier & Zufferey, 2005), cria condições microclimáticas desfavoráveis à diferenciação a nível dos

5 3 gomos (temperatura e intensidade luminosa baixas) (Reynolds et al, 2007). Por outro lado, sempre que o vigor é muito reduzido, por baixa fertilidade do solo, poda excessivamente longa ou ocorrência de doenças/acidentes vários, a diferenciação é igualmente afectada, neste caso, pela carência de hidratos de carbono (Colova et al, 2007) produzidos pela escassa área foliar e das reservas acumuladas nas partes vivazes da cepa (Kliewer & Dokoozlian, 2005). Podemos então dizer que dependendo do vigor e da expressão vegetativa que uma videira apresente, devemos estabelecer a carga ideal a atribuir à mesma, de modo a que por um lado, se explore a máxima capacidade produtiva da videira, e por outro, não se excedam as suas potencialidades qualitativas (Leeuwen et al, 2009). Tudo isto consegue-se com o estabelecimento de um vigor médio. A estimativa do vigor (expressa na prática vitivinícola pelo peso médio de uma vara de poda) e a expressão vegetativa (expressa na prática vitivinícola pelo peso de lenha de poda), são face ao exposto indicadores do estado de todo o sistema de condução (Oliveira, 2003). De acordo com a Figura 2, uma videira é constituída por tronco (7), braços (8) e varas (6). As varas são constituídas por gomos (9) que garantem ano após ano uma nova rebentação da videira e consequentemente novas varas. Anualmente, durante o período de repouso vegetativo da videira (período durante o qual a videira se apresenta sem folhas), é necessário proceder-se à realização da operação

6 4 poda. Esta operação, consiste em remover (cortar) as varas que se desenvolveram nesse ano, com recurso a uma tesoura de poda, mantendo na videira o tronco, braços e somente a porção das varas com o número de gomos aceitáveis para o desenvolvimento de novas varas (a partir dos gomos), que se considere serem os ideais para garantir uma boa produção e qualidade das uvas. O número de gomos a deixar em cada videira é o correspondente à obtenção de um vigor médio, pois só assim se consegue uma longevidade da mesma e uma boa produtividade e qualidade das uvas. Em termos científicos, quando queremos avaliar o vigor de uma videira, procedemos do seguinte modo: 1) Na altura da realização da operação poda, em campo e com recurso a tesoura de poda, balança e papel de registo de dados, podamos a videira (retiramos as varas que se desenvolveram nesse ano, deixando unicamente na videira a porção da vara com o número de gomos que consideramos conduzir-nos a um vigor equilibrado na rebentação do ano seguinte). 2) As varas são retiradas dos arames, são contadas e pesadas com o auxílio de uma balança. Registam-se os valores em papel. 3) Em gabinete, procede-se ao cálculo da Estimativa do Vigor, expresso em gramas, ou seja, calculase o peso médio de uma vara (peso total das varas de poda, também denominado de expressão vegetativa, a dividir pelo número de varas). Este procedimento utilizado no sector técnico-científico da área da viticultura, além de ser uma Estimativa do vigor,

7 5 na medida em que existe sempre uma porção das varas que não é retirada (porção com gomos que fica na videira para garantir a rebentação do ano seguinte), é um método: 1) Moroso, dado que cientificamente em ensaios de campo necessitamos muitas vezes de efectuar o cálculo da Estimativa do vigor em pelo menos 50 videiras. 2) Dependente do podador e da data em que se efectua a poda das videiras, ou seja, muitas vezes precisamos de determinar o vigor das videiras, mas como o podador não tem disponibilidade para efectuar a poda das videiras à data em que desejaríamos, temos que esperar pelo mesmo. O cálculo da Estimativa do Vigor, avaliado pelo peso médio de uma vara de poda, está directamente relacionado com o diâmetro das varas, ou seja: Aquando da realização da poda podemos ter 3 situações: 1) As varas são de diâmetro elevado (observação visual em campo), empiricamente, associamos que o vigor é elevado, e ao podarmos a videira, aumentamos o número de gomos relativamente aos deixados no ano anterior, para que a videira no ano seguinte manifeste um vigor médio. 2) As varas são de diâmetro médio (observação visual em campo), empiricamente, associamos que o vigor é equilibrado, e ao podarmos a videira, mantemos o número de gomos deixados no ano anterior, para que a videira no ano seguinte continue a manifestar um vigor médio. 3) As varas são de diâmetro baixo (observação visual em campo), empiricamente, associamos que o vigor

8 6 é baixo, e ao podarmos a videira, diminuímos o número de gomos relativamente aos deixados no ano anterior, para que a videira no ano seguinte manifeste um vigor médio. Em função das metodologias existentes, o valor expresso em gramas, da Estimativa do vigor para as três situações referidas anteriormente, só é possível obter após a realização da operação poda, ou seja, após já se ter definido, por observação visual, o número de gomos que se deixa na videira. O documento WO divulga um método e um aparelho que permite determinar a altura em que se deve fazer o tratamento da vegetação, por aplicação de fertilizantes no solo e pulverização das plantas com pesticidas, em função do estado da vegetação. A metodologia utilizada neste documento baseia-se no nível de radiação electromagnética ao nível do pixel da imagem digital que, através da obtenção de uma imagem por meio de uma câmara de CCD (charge-coupled device) e análise da mesma, permite dividir a imagem em subáreas espectrais e, com base na quantidade de vegetação por subárea é determinado o modo de tratamento e manutenção da vegetação. O documento WO divulga um controlador de pulverização de plantas, que tem como base um detector que, através de uma metodologia baseada num sensor de cor RGB (Vermelho, Verde, Azul), permite determinar a altura em que se deve pulverizar a planta. O objectivo é determinar se a área excede um determinado nível de cor permitindo avaliar, por comparação de pixéis, se é considerada verde e se a

9 7 planta necessita de pulverização. O documento CN divulga uma metodologia que permite a medição da área das plantas de folha larga e que permite medir a desidratação da planta, com base na área de uma folha a partir de uma imagem digital. A principal aplicação desta metodologia é na área de investigação científica. O documento UA21864 divulga um método que permite determinar a área foliar de uma planta. A metodologia é baseada em imagens digitais das folhas da planta e na imagem de uma amostra de referência, sendo a área foliar calculada com base no número de pixéis das imagens das folhas. Descrição A presente invenção consiste num novo método para calcular o vigor e a expressão vegetativa de uma videira com base numa fotografia digital, realizada antes da poda. A imagem da videira é obtida no campo, usando uma máquina fotográfica digital, não necessitando esta de possuir características especiais. A imagem é submetida a um tratamento digital de forma a identificar, localizar e isolar uma marca de referência, com dimensões conhecidas que irá permitir determinar a área de um pixel da imagem, e as varas da videira, que irá permitir calcular a área total das varas. Seguidamente é determinada a área média por vara e calculado o vigor com base numa relação entre a Área Média de uma vara e o Peso Médio de uma vara. Esta relação foi obtida através de ensaios que consistiram em medições das áreas das varas das videiras e os respectivos pesos. A expressão vegetativa é calculada multiplicando o valor do vigor obtido pelo número de varas da videira.

10 8 Pretende este trabalho apresentar uma nova metodologia, não destrutiva, com base em imagens digitais que permita determinar o vigor e a expressão vegetativa, diminuindo a morosidade de trabalho relacionada com o registo dos dados em campo, bem como dispensar: 1) O podador. 2) Restrição no tempo (dia). 3) Equipamento (balança, tesoura de poda e papel de registo) e trabalhadores para auxiliar na determinação do peso das varas no campo. Com esta nova metodologia, qualquer técnico ou investigador na área da viticultura pode por si só, com recurso a uma máquina fotográfica digital calcular o vigor e a expressão vegetativa de uma(s) videira(s) sem ser necessário esperar pela altura da realização da poda. Descrição detalhada da invenção O método da presente invenção consiste em calcular o peso médio por vara (vigor) e o peso total das varas (expressão vegetativa) de uma videira, a partir de uma imagem digital. Seguidamente são apresentadas as diferentes fases que constituem o método para a determinação do peso médio por vara de uma videira (vigor) e do peso total das varas (expressão vegetativa): 1. Aquisição da imagem digital As imagens são adquiridas no campo (vinha). Para a sua aquisição, as videiras são identificadas, através de um número, e preparadas de forma a conterem apenas as varas do

11 9 ano. Para tal, são retirados todos os ramos oriundos das varas do ano, isto é, foram retiradas todas as netas. Seguidamente são obtidas as imagens usando uma máquina digital, um pano branco, colocado atrás da videira só com as varas do ano (6), e uma marca de referência (5) de dimensão 15x20cm que foi colocada num dos arames como podemos observar na figura 3. Neste caso foi utilizada uma Sony DSC-H1 com um sensor CCD de 5.1 megapixéis. Contudo, uma vez que não existem requisitos quanto às características específicas para a máquina digital, pode ser utilizada qualquer máquina. As imagens obtidas no campo possuem as seguintes características: imagens a cores (RGB-Red Green Blue) no formato JPEG (.jpg) e com 2048x1536 pixéis. 2. Tratamento da imagem, da marca de referência e das varas. O tratamento das imagens foi efectuado utilizando a Image Processing ToolBox do MATLAB, podendo ser efectuado com qualquer outra ferramenta. a) Ocultação do tronco e braços da videira Na imagem original (Figura 3) é pintado de azul (RGB = 0,0,150) o tronco (7) e os braços (8) da videira, obtendo uma nova imagem como mostra a Figura 4. b) Segmentação da marca de referência Para determinar a área correspondente a um pixel é necessário isolar a marca de referência. Para tal é

12 10 efectuada uma Binarização usando o canal Vermelho (Red) na qual todos os pixéis com o valor, do canal vermelho, superior a 220 correspondem à marca, resultando numa nova imagem como mostra a Figura 5. Esta imagem é submetida a uma filtragem do tipo Median Filtering com uma mascara 10x10 para a remoção de algum ruído que possa conter. O resultado é uma imagem sem ruído, como mostra a Figura 6. Esta imagem vai servir para calcular a área de um pixel, necessária aquando da determinação do vigor (descrito no ponto 4). c) Segmentação das varas da videira. Para determinar a área correspondente às varas é necessário isolar estas da imagem (Figura 4). Para tal são efectuadas as seguintes operações: remoção da marca de referência (5), extracção do fundo e segmentação das varas (6) da videira. A esta imagem RGB, é subtraída a marca de referência (5), ou seja, os pixéis correspondentes à marca são colocados a branco. Seguidamente é extraído o fundo e a área (10) que oculta o tronco e os braços efectuando uma Filtragem usando o canal Azul (Blue) na qual todos os pixéis com o valor, do canal azul, superior a 100 são colocados a branco, dado que correspondiam ao fundo. O resultado é numa imagem como mostra a Figura 7. Esta imagem é convertida para uma imagem em tons de

13 11 cinzento e posteriormente sujeita a uma Binarização com o nível de Threshold de 0,5. Esta última operação resulta numa imagem na qual todos os pixéis que possuem uma luminância superior ao nível de Threshhold são colocados a branco e os inferiores colocados a preto. À imagem a preto e branco é aplicado um conjunto de máscaras com o objectivo de isolar as varas. A Figura 8 apresenta este conjunto de máscaras, onde podemos observar as marcas (representadas com ) X e os respectivos preenchimentos (representados com ) O resultado da aplicação das referidas máscaras é uma imagem como mostra a Figura 9. A partir desta imagem e usando a função bwlabel do Matlab, são identificados todos os polígonos existentes na imagem e registadas as respectivas áreas em pixéis. Na Figura 10, apresenta-se a imagem resultante da identificação dos polígonos, estando estes representados a cores diferentes. A partir desta imagem, é criada a imagem final com as varas, extraindo todos os polígonos cujas áreas possuem um valor inferior a 1500 pixéis. Seguidamente é aplicada uma filtragem do tipo Median Filtering com uma máscara 3x3. Pretende-se com estas operações retirar algum ruído ainda existente na imagem. O resultado é uma imagem como mostra a Figura Relação entre a Área Média de uma vara e o Peso Médio de uma vara. A relação entre a Área Média por vara e o Peso Médio por

14 12 vara de uma videira é obtida seguindo a seguinte metodologia: a) Determinação do Peso Médio por vara: este valor corresponde ao vigor da videira e foi obtido recorrendo ao método tradicional. Ou seja, para cada uma das videiras identificadas, foram cortadas e pesadas as suas varas e dividido o peso total das varas pelo número de varas. Peso Total das Varas Vigor = Peso Médio por Vara = (I) Nº Varas b) Determinação da Área Média por vara: para cada uma das videiras identificadas, foram digitalizadas todas as suas varas. As varas foram cortadas em troços com 20 a 25cm de comprimento para serem digitalizadas num scanner A4. As imagens resultantes foram tratadas de forma a obter a área total das varas para cada videira. A Área Média por vara é obtida pela soma das áreas das varas de uma videira e dividindo pelo número de varas. A área de cada um dos troços digitalizados é determinada da seguinte forma: sendo conhecidos a área de scanner e o tamanho da matriz da imagem digitalizada, é determinado a área correspondente a um pixel na imagem; a imagem digitalizada (RGB) é convertida numa imagem HSV e submetida a uma Binarização através do Canal S com o nível de threshold 0.15, obtendo desta forma uma imagem a preto e branco; a área do troço da vara corresponde ao número de pixéis pretos multiplicado pela área correspondente a um pixel.

15 13 A Área Média por vara de uma videira é obtida pela soma das áreas dos troços de todas as varas da videira e dividindo este valor pelo número total de varas. Áreas dos Troços Área Média por Vara = (II) Nº Varas Dos valores obtidos nestes ensaios chegou-se a uma função que caracteriza a relação entre a Área Média por vara e Peso Médio por vara. Esta função é um polinómio de segundo grau, como mostra a equação seguinte: 2 f ( x) = 0,0047x + 0,2254x + 0,0474 (III) Onde: x corresponde à Área Média por Vara e f (x) corresponde ao Peso Médio por Vara. 4. Determinação do Vigor A determinação do Vigor é efectuada da seguinte forma: a) Determinação da área de um pixel da imagem através da imagem resultante da Segmentação da marca de referência (Figura 6) usando a seguinte fórmula: Pixéis Pretos Área do pixel = (IV) Área da Marca Onde: A Área da Marca = 20x15=300cm 2 b) Determinação da área total das varas através da Imagem Final (Figura 11) usando a seguinte fórmula:

16 14 ( Pixéis Pretos) Área do Pixel Área Total das Varas = (V) c) Determinação da Área Média por vara da videira usando a seguinte fórmula: Área Total das Varas Área Média por Vara = (VI) Nº Varas d) Finalmente é determinado o vigor aplicando a função encontrada para a casta Touriga Nacional: 2 f ( x) = 0,0047x + 0,2254x + 0,0474 (III) Onde: x corresponde à Área Média por Vara e f (x) corresponde ao Vigor Pode-se observar na Figura 12, um exemplo da apresentação dos resultados para a determinação do Vigor de uma videira. 5. Determinação da Expressão Vegetativa A determinação da Expressão Vegetativa é calculada multiplicando o valor do Vigor obtido anteriormente pelo número total de varas da videira. Na Figura 1 estão representados diferentes blocos, cada um com uma funcionalidade específica, descrita seguidamente: 1. Aquisição da imagem digital (1): A imagem da videira é obtida no campo, usando uma máquina fotográfica digital;

17 15 2. Tratamento da imagem, da marca de referência e das varas (2): A imagem é submetida a um tratamento digital de forma a identificar, localizar e isolar a marca de referência, com dimensões conhecidas que irá permitir determinar a área de um pixel da imagem, e as varas da videira, que irá permitir calcular a área total das varas; 3. Relação entre a Área Média de uma vara e o Peso Médio de uma vara (3): relação polinomial, previamente obtida através ensaios que consistiram em medições das áreas das varas das videiras e os respectivos pesos; 4. Processo de cálculo do Vigor (4): com base na área de um pixel, na área total das varas, no número de varas e na relação, entre a Área Média de uma vara e o Peso Médio de uma vara, é calculado o vigor; 5. Resultados: vigor e expressão vegetativa calculada com base no valor do vigor obtido e no número total de varas. Sumário da invenção É objectivo da presente invenção definir uma metodologia, não destrutiva e aplicável antes da poda, para determinação do vigor e da expressão vegetativa das arbóreo-arbustivas conduzidas em formas pressas de superfície, através dos seguintes passos: a) aquisição de imagem digital obtida no campo; b) tratamento da imagem de modo a identificar, localizar e isolar a marca de referência e as varas; c) determinação da área de um pixel da imagem; d) determinação da área total das varas e da área média por vara;

18 16 e) aplicação da relação polinomial entre a área média de uma vara e o peso médio de uma vara; e f) determinação do vigor e da expressão vegetativa, com base na área de um pixel, na área total das varas, no número de varas e na relação obtida na alínea e). Numa realização preferencial da presente metodologia, tratamento da imagem realizado na alínea b) referida anteriormente compreende os seguintes passos: i. ocultação do tronco e dos braços; ii. segmentação da marca de referência por binarização; iii. segmentação das varas. Numa outra realização preferencial, a relação polinomial entre a área média por vara e o peso médio por vara, aplicada na alínea e) da metodologia apresentada, é obtida através dos seguintes passos: i. determinação do Peso Médio por vara; ii. determinação da Área Média por vara; iii. determinação do polinómio. Ainda noutra realização preferencial, a relação polinomial entre a área média por vara e o peso médio por vara aplicada na alínea e) é a seguinte: 2 f ( x) = 0,0047x + 0,2254x + 0,0474 em que: x corresponde à área média por vara e f (x) corresponde ao peso médio por vara. Numa realização preferencial a relação polinomial é

19 17 aplicada à casta de Touriga Nacional. Um outro objectivo da presente invenção é um dispositivo para aplicação da metodologia definida anteriormente, que compreende os seguintes elementos: - câmara fotográfica digital; - processador; - ecrã; e - sistema operativo. É ainda objectivo da presente invenção a utilização da metodologia e do dispositivo definidos na avaliação do equilíbrio vegetativo/produtivo das arbóreo-arbustivas; na avaliação da longevidade das arbóreo-arbustivas; e na avaliação da capacidade produtiva e qualitativa das arbóreo-arbustivas. Exemplos Para uma mais fácil compreensão da invenção descrevem-se de seguida exemplos de realizações preferenciais do invento, as quais, contudo, não pretendem, limitar o objecto da presente invenção. Exemplo de determinação da relação polinomial utilizando 6 videiras da casta Touriga Nacional Para a obtenção da relação polinomial entre a área média e o peso médio por vara de uma videira foram efectuados ensaios em 6 videiras da casta Touriga Nacional, situadas na Região Demarcada do Douro.

20 18 O critério da escolha das videiras foi que estas tivessem uma estimativa de vigor baixo, médio e alto, de forma a abranger toda a gama de valores. A relação polinomial entre a Área Média por vara e o Peso Médio por vara de uma videira da casta Touriga Nacional foi obtida seguindo a seguinte metodologia: b) Determinação do Peso Médio por vara: este valor corresponde à estimativa do vigor da videira recorrendo ao método tradicional. Ou seja, para cada uma das videiras identificadas, foram cortadas e pesadas as suas varas e dividido o peso total da videira pelo número de varas. Vigor = Peso Médio por Vara = Peso Total das Varas Nº Varas Os resultados obtidos são apresentados na tabela seguinte: Tabela 1 Estimativa do vigor pelo método tradicional Videira Nº Varas Peso total Peso/Nº Varas (gr.) (gr.) Vd ,81 22,23 Vd ,76 63,98 Vd ,68 73,82 Vd ,26 90,14 Vd ,01 115,78 Vd ,89 137,99 c) Determinação da Área Média por vara: para cada uma das videiras identificadas, foram digitalizadas todas as suas varas. As varas foram cortadas em troços com 20 a 25cm de comprimento para serem digitalizadas num scanner A4. As imagens resultantes foram tratadas de forma a obter a área total das varas para cada videira. A Área Média por vara é obtida pela soma das áreas das varas de uma videira e

21 19 dividindo pelo número de varas. A área de cada um dos troços digitalizados é determinada da seguinte forma: sendo conhecidos a área de scanner e o tamanho da matriz da imagem digitalizada, é determinado a área correspondente a um pixel na imagem; a imagem digitalizada (RGB) é convertida numa imagem HSV e submetida a uma Binarização através do Canal S com o nível de threshold 0.15, obtendo desta forma uma imagem a preto e branco; a área do troço da vara corresponde ao número de pixéis pretos multiplicado pela área correspondente a um pixel. A Área Média por vara de uma videira é obtida pela soma das áreas dos troços de todas as varas da videira e dividindo este valor pelo número total de varas. Área Média por Vara = Áreas dos Troços Nº Varas Os resultados obtidos são apresentados na tabela seguinte: Tabela 2 Área média por vara para cada uma das videiras Videira Nº Varas Área total Área/Nº Varas (cm 2 ) (cm 2 ) Vd ,22 48,35 Vd ,68 95,27 Vd ,23 106,09 Vd ,77 114,42 Vd ,26 133,58 Vd ,40 149,68 d) Dos valores obtidos nestes ensaios verificou-se que

22 20 o comportamento do peso em função do número de varas era idêntico ao da área em função do número de varas, como mostra a figura 13. e) Dado o resultado descrito na alínea anterior, chegou-se à conclusão que deveria existir uma relação entre a Área Média por vara e o Peso Médio por vara. Desta forma encontrou-se uma função que corresponde a um polinómio de segundo grau, como mostra a figura 14. Ou seja, o polinómio: 2 f ( x) = 0,0047x + 0,2254x + 0,0474 Representa a relação entre a Área Média por vara e o Peso Médio por vara (vigor), onde: e x corresponde à Área Média por Vara f (x) corresponde ao Peso Médio por Vara. Na Tabela 3 apresentam-se os valores, para cada uma das videiras, do Peso Médio por vara calculado pelo método tradicional e os obtidos através do polinómio f(x). Tabela 3 Peso médio por vara através do método tradicional e da aplicação do polinómio f(x) Videira Área/Nº Varas f(x) = Peso/Nº Varas Peso/Nº Varas (cm 2 ) (gr.) (gr.) Vd.2 48,35 21,93 22,23 Vd.3 95,27 64,18 63,98 Vd.5 106,09 76,86 73,82 Vd.4 114,42 87,37 90,14 Vd.6 133,58 114,03 115,78 Vd.1 149,68 139,08 137,99

23 21 Os valores obtidos, usando o método tradicional e usando o polinómio, apresentam uma correlação de 0,998. Exemplo prático de aplicação do método na determinação do vigor e da expressão vegetativa numa videira da casta Touriga Nacional Foi tirada a fotografia digital à videira, da casta Touriga Nacional, no campo e, de acordo com o algoritmo apresentado na Figura 15, nesta imagem digital da videira foi: Ocultado o tronco e os braços da videira (11); Obtida a imagem segmentada com a marca de referência (12); Obtido o valor da área de um pixel da imagem (13); Obtida a imagem segmentada com as varas da videira (14); Obtido o valor da área média por vara da videira (15); Através da relação polinomial (16) é determinado o vigor (17). Na tabela seguinte são apresentados: o resultado obtido, determinação do vigor, e o resultado da estimativa do vigor obtido pelo método tradicional. Tabela 4 Vigor e Estimativa do Vigor Vigor (gr.) Estimativa do Vigor (gr.) 24,97 22,23 A estimativa do vigor é um valor aproximado pois não entra em conta com o peso total das varas mas sim com o peso das varas que foram podadas. O vigor determinado usando a

24 22 metodologia, entra em conta com o peso total das varas (expressão vegetativa). Desta forma, a estimativa do vigor é sempre inferior ao vigor real. Na tabela 5 é apresentada a Expressão Vegetativa com base no valor do Vigor calculado. Tabela 5 Vigor, Número de varas e Expressão Vegetativa Número Expressão Vegetativa Vigor (gr.) de varas (gr.) 24, ,64 Descrição das Figuras Para uma mais fácil compreensão da invenção juntam-se em anexo as figuras, as quais, representam realizações preferenciais do invento que, contudo, não pretendem, limitar o objecto da presente invenção. Figura 1: Representação esquemática da Metodologia Na qual: (1) representa a aquisição da imagem; (2) representa o tratamento da marca, do tronco, dos braços e das varas; (3) representa a relação entre a Área Média de uma vara e o Peso Médio de uma vara; (4) representa a determinação do Vigor e da expressão vegetativa; (5) representa a marca de referência; (6) representa as Varas. Figura 2: Representação de uma videira na forma de condução Cordão Bilateral. Na qual: (6) representa as Varas;

25 23 (7) representa o Tronco; (8) representa os Braços; (9) representa os Gomos. Figura 3: Representação da imagem original. Na qual: (5) representa a marca de referência; (6) representa as Varas; (7) representa o Tronco; (8) representa os Braços. Figura 4: Representação da imagem com ocultação do Tronco e dos Braços. Na qual: (5) representa a Marca de referência; (6) representa as Varas; (10) representa a área que oculta o tronco e os braços. Figura 5: Representação do resultado da Binarização da marca de referência. Figura 6: Representação do resultado da Filtragem da marca de referência. Figura 7: Representação da imagem sem Marca, sem Fundo, sem Tronco e sem Braços. Na qual: (6) representa as Varas. Figura 8: Representação das Máscaras. Figura 9: Representação da imagem após aplicação das máscaras. Figura 10: Representação da imagem com os polígonos.

26 24 Figura 11: Representação da imagem final. Figura 12: Representação do resultado do cálculo do Vigor. Figura 13: Representação do comportamento do peso e da área em função do número de varas da videira. Figura 14: Representação do vigor real e do polinómio. Figura 15: Representação do Algoritmo. Na qual: (11) representa a ocultação do tronco e dos braços da videira; (12) representa a obtenção da imagem segmentada com a marca de referência; (13) representa a obtenção do valor da área de um pixel da imagem; (14) representa a obtenção da imagem segmentada com as varas de videira; (15) representa a obtenção do valor da área média por vara da videira; (16) representa a utilização da relação polinomial; (17) representa a obtenção do valor do vigor e da expressão vegetativa. Lisboa, 18 de Junho de 2010

27 1 REIVINDICAÇÕES 1. Metodologia para determinação do vigor e da expressão vegetativa das arbóreo-arbustivas conduzidas em formas pressas de superfície, caracterizada por compreender os seguintes passos: a) aquisição de imagem digital obtida no campo; b) tratamento da imagem de modo a identificar, localizar e isolar a marca de referência e as varas; c) determinação da área de um pixel da imagem; d) determinação da área total das varas e da área média por vara; e) aplicação da relação polinomial entre a área média de uma vara e o peso médio de uma vara; f) determinação do vigor e da expressão vegetativa, com base na área de um pixel, na área total das varas, no número de varas e na relação obtida na alínea e). 2. Metodologia de acordo com a reivindicação 1 caracterizada por o tratamento da imagem realizado na alínea b) compreender os seguintes passos: i. ocultação do tronco e dos braços; ii. segmentação da marca de referência por binarização; iii. segmentação das varas. 3. Metodologia de acordo com a reivindicação 1 caracterizada por a relação polinomial entre a área média por vara e o peso médio por vara, aplicada na alínea e) ser obtida através dos seguintes passos: i. determinação do Peso Médio por vara; ii. determinação da Área Média por vara;

28 2 iii. determinação do polinómio. 4. Metodologia de acordo com a reivindicação 1 caracterizada por a relação polinomial entre a área média por vara e o peso médio por vara aplicada na alínea e) ser a seguinte: 2 f ( x) = 0,0047x + 0,2254x + 0,0474 em que: x corresponde à área média por vara e f (x) corresponde ao peso médio por vara. 5. Metodologia de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizada por ser aplicada antes da poda. 6. Metodologia de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizada por ser não destrutiva. 7. Dispositivo para aplicação da metodologia definida nas reivindicações 1-6 caracterizado por compreender os seguintes elementos: - câmara fotográfica digital; - processador; - ecrã; e - sistema operativo. 8. Utilização da metodologia definida nas reivindicações 1-6 e do dispositivo definido na reivindicação 7 caracterizada por ser aplicada na avaliação do equilíbrio vegetativo/produtivo das arbóreo-arbustivas.

29 3 9. Utilização da metodologia definida nas reivindicações 1-6 e do dispositivo definido na reivindicação 7 caracterizada por ser aplicada na avaliação da longevidade das arbóreo-arbustivas. 10. Utilização da metodologia definida nas reivindicações 1-6 e do dispositivo definido na reivindicação 7 caracterizada por ser aplicada na avaliação da capacidade produtiva e qualitativa das arbóreo-arbustivas. Lisboa, 18 de Junho de 2010

30 1/8 Figuras Figura 1 Figura 2

31 2/8 Figura 3 Figura 4

32 3/8 Figura 5 Figura 6

33 4/8 Figura 7 Figura 8

34 5/8 Figura 9 Figura 10

35 6/8 Figura 11 Figura 12

36 7/ Peso Área Nº de varas Figura 13 Peso / nº varas Área / nº varas Vigor Polinómio (Vigor) y = 0,0047x 2 + 0,2254x + 0,0474 Figura 14

37 8/8 Figura 15