Análise de técnicas para contagem de microalgas baseadas na análise de imagens

Abstract

O crescente interesse na utilização de microalgas em larga escala tem como principal empecilho o custo alto de tal tecnologia. A fim de melhorar a viabilidade econômica, o sistema de produção deve ser otimizado e, portanto, controlado. Para controlar, é necessário medir. Assim, buscam-se métodos de baixo custo para o monitoramento online dos cultivos, sendo a taxa de crescimento uma das principais variáveis monitoradas. Esta variável pode ser obtida a partir da concentração numérica de biomassa. No presente estudo, foram analisados quatro algoritmos para contagem automática de microalgas baseados na análise de imagens utilizando o software Matlab. Foram escolhidas quatro imagens para as análises, cada uma com diferentes resoluções, definições, luminosidades, densidades e variedades de microalgas. O Algoritmo 1 foi desenvolvido utilizando a técnica bwboundaries, o Algoritmo 2 a imfindcircles, e os Algoritmos 3 e 4 utilizaram as mesmas técnicas dos dois anteriores somadas a um pré-processamento das imagens para redução do ruído e melhora do contraste. Os resultados obtidos pelos algoritmos de contagem automática foram comparados com a técnica de contagem manual. A diferença média entre os resultados obtidos na contagem automática e na contagem manual foram de 26,8%, 1,2%, 8,9% e 8,4% para os Algoritmos 1, 2, 3 e 4, respectivamente. O pior resultado foi do Algoritmo 1 devido à limitação da técnica utilizada quando há aglomeração de células, aos efeitos da borda da imagem, à baixa definição das imagens e ao baixo contraste. A aplicação de métodos de pré-processamento de imagem mostrou ser de grande valia quando o Algoritmo 3, que utilizou o mesmo método de contagem do Algoritmo 1, foi analisado. Os erros ainda aconteceram devido às mesmas fontes de erro do Algoritmo 1, porém foram reduzidos. O Algoritmo 2 apresentou o melhor resultado, à frente do Algoritmo 4, que utiliza o mesmo método e cujas imagens foram pré-processadas. Ao analisar as imagens após a contagem, notou-se que, na verdade, a melhor performance pertencia ao Algoritmo 4, pois as imagens processadas foram as mais condizentes com as imagens originais. No Algoritmo 2 houve erros causados pelos efeitos da aglomeração, da baixa definição das imagens e da luminosidade. No Algoritmo 4, esses efeitos foram reduzidos, exceto para uma das imagens, onde a baixa qualidade dos pixels gerou um erro grande, e isto acabou por aparentemente piorar o desempenho do algoritmo. Com a análise dos resultados numérico e visual, chegou-se à conclusão que o método imfindcircles é o melhor, ou seja, os Algoritmos 2 e 4 são os melhores, sendo que a escolha de um deles depende da imagem que está sendo analisada e das premissas necessárias ao método de análise. O pré-processamento das imagens é uma ferramenta importante que traz melhora nos resultados, porém seu uso deve ser restrito a imagens com boa qualidade. Sugere-se que novos testes sejam realizados utilizando mais imagens com diferentes concentrações de microalgas para que seja determinada a faixa de concentração para aplicação de cada algoritmo.