Determinação do volume de madeira empilhada através de processamento de imagens digitais

Abstract

A medição exata da quantidade de madeira que é recebida numa unidade de exploração madeireira constitui uma operação fundamental, por dela depender a determinação da rentabilidade do próprio centro de produção. Dessa forma, grande parte das empresas florestais vem se preocupando cada vez mais com a determinação do volume de pilhas de madeira feita no campo, nos caminhões de transporte ou nos pátios das fábricas. Tradicionalmente, a madeira tem sido avaliada através do seu volume, sendo, por isso, utilizados os mais variados métodos de caráter subjetivo que visam obter, a partir da medição manual do volume envolvente da carga de madeira, o volume em estéreo (ou volume aparente) e o correspondente volume sólido, obtido teoricamente pelo desconto sistemático, no volume em estéreo, de todos os espaços vazios existentes entre as toras de madeira que constituem uma carga, isto é, por meio do fator de empilhamento. Este trabalho objetivou, assim, o desenvolvimento de uma metodologia e de um aplicativo para segmentação de toras de madeira em imagens digitais, com finalidade última de cubagem de árvores abatidas. Foi desenvolvido um sistema que, por meio do processamento digital da imagem, fornece o valor do volume em estéreo da pilha fotografada, em metros cúbicos, e o conseqüente fator de empilhamento da mesma. Para segmentação testaram-se dois métodos, um de indicação manual e interativa da pilha e outro automático, pelo uso da transformada de Hough, técnica comumente utilizada para detecção de bordas que se apresentam segundo uma forma geométrica matematicamente definida. A metodologia foi desenvolvida no sistema Matlab, para pilhas de madeira de Eucalyptus grandis, e os sensores utilizados foram uma câmera digital Kodak DC 210 não métrica, e uma câmera DMK NIR (infravermelho próximo) para análise de imagens com e sem as ondas do infravermelho. Testes de validação apontaram um desvio médio de 1,56 % no cálculo do volume real da pilha, 0,96% para a determinação do volume em estéreo, 0,70 % na determinação do fator de empilhamento, através da segmentação semiautomática e média inferior a 8,0% na determinação do volume real da pilha, através da segmentação automática (Transformada de Hough), tomando como referência valores obtidos por cubagem rigorosa. Verificou-se, também, ser válido o uso de imagens digitais infravermelho, o qual proporcionou redução das diferenças entre os valores numéricos dos pixels do cerne e casca das toras, ensejando, assim, melhor identificação da madeira e dos espaços vazios. Os resultados foram satisfatórios ao passo que se mostrou um sistema de respostas rápidas e custo de implementação relativamente baixo.

The exact measurement of the quantity of wood received in a lumber exploring unit consists in a fundamental operation, because it affects on the determination of the production facility profitability. The majority of the forestry enterprises are considering more than ever the determination of the volume of wood heaps, which is estimated in the field, on the transport trucks or at the factory yard. Traditionally, wood has been evaluated by its volume utilizing various subjective methods which aim to obtain, based on the manual enveloping volume measurement of the wood load, stereo volume (or apparent volume), the correspondent solid volume, obtained theoretically from the first by the systematic elimination of all the empty space existing between the wood logs that consists a load, that is, by means of the piling factor. In that manner, the purpose of this research is to develop a methodology and a computer program to segment wood logs into digital images, obtaining the cubature of fallen trees through digital photography as the final objective. Basically a system was developed in which the digital processing of the image provided the value of the wood heap stereo volume in cubic meters, and consequently its piling factor. For segmentation, two methods were tested, one was an interactive and manual wood heap indication, and the other one utilizing the Hough Transform, a technique commonly used to detect edges, which obey a mathematical geometric shape. The methodology was developed using a MatLab system. The methodology was developed for Eucalyptus grandis wood stacks, and the sensors utilized were the Kodak DC 210 non-metric digital camera and the DMK NIR camera for image analysis with and without infrared waves. Validation tests indicated a mean deviation of 1.56% during the real volume calculation of the wood heap, 0.96% for the stereo volume determination and 0.70% in the determination of the piling factor, through semi-automatic segmentation and a less than 8.0% average in the determination of the wood heaps real volume, through automatic segmentation (Hough Transform) using reference values obtained from strict cubature. It also verified be valid the use of infrared digital images, which provided reduction of the differences between numeric values of the pixels of the sifts and peel of the logs, trying, this way, better identification of the wood and of the blank spaces. The results were satisfactory, demonstrating a rapid response system with a relatively low implementation cost.