Agricultura de precisión, análisis de imágenes aplicada a la producción agrícola

María Fernanda Cuevas-Rivera, Gema Matzil Olguin-Utrera, Andrés Lira-Noriega, Randy Ortiz-Castro

Artículo publicado en el Portal Comunicación Veracruzana el día 15 de julio 2021

La humanidad a lo largo de su historia ha ido evolucionando o perfeccionando sus técnicas para un desarrollo óptimo de la agricultura frente a la población creciente y la demanda de alimentos. Desde de la Revolución Verde, el uso de herramientas mecánicas y sistemas de fertilización han ayudado en la optimización de recursos y producción de alimentos. Recientemente, la agricultura de precisión (AP) surge como un nuevo concepto y forma de trabajo orientada al uso de herramientas basadas en imágenes (RGB, multiespectrales o hiperespectrales) para monitorear cultivos y determinar de forma eficiente regiones donde se requiera atención focalizada para mejorar la nutrición o atención a plagas o enfermedades. La apuesta tecnológica de la AP motiva investigación para facilitar y mejorar la toma de decisiones más amigables con el medio ambiente en las cada vez más extensas áreas cultivadas a lo largo del mundo y en un momento crucial de la humanidad.

Palabras clave: agricultura de precisión, imagenología, imagen RGB

El mundo experimenta una creciente demanda por productos agrícolas para lograr cumplir con las exigencias de mercados que hacen uso de productos comestibles y abastecer a una población en constante crecimiento. Se estima que la población mundial para el 2050 será de 9,700 millones de personas, lo cual implica la necesidad de mejorar la producción de alimentos. Una posible alternativa para mejorar el diagnóstico y optimización para mejorar la producción agrícola proviene de la agricultura de precisión, la cual se define como un conjunto de tecnologías como satélites, sensores e imágenes y sistemas que se aplican en el trabajo en el campo que reúne, procesa y analiza datos temporales, espaciales e individuales y los combina con otra información para respaldar las decisiones de gestión de acuerdo con la variabilidad estimada para mejorar la eficiencia del uso de recursos, la productividad, la calidad, la rentabilidad y la sostenibilidad de la producción agrícola y forestal [1]. Lo anterior es factible gracias a la cada vez más eficiente captura de información de campos y cultivos de distintas extensiones y su procesamiento en períodos de tiempo relevantes. Dicha información es proveniente de sensores ópticos que facilitan formar diferentes tipos de imágenes digitales para el análisis de datos [2, 3]. En la última década se han empleado sensores ópticos (e.g., RGB, multiespectrales o hiperespectrales, térmicos, de fluorescencia de clorofila y 3D) y algoritmos para medir y observar la fisiología de las plantas y específicamente para la detección temprana de plagas y enfermedades, estado nutricional de las plantas, estrés hídrico o salino. Las imágenes digitales captadas a través de estos sensores ópticos se representan como matrices de datos bidimensionales (2-D), donde cada píxel representa la unidad más pequeña que se puede controlar y direccionar en un espacio de coordenadas geográficas. En la agricultura, la aplicación de técnicas orientadas al análisis de imágenes ha sido útil para detectar etapas tempranas de infecciones o enfermedades, deficiencia de nutrientes, y deshidratación. Esto implica mejorías en la intervención, prevención y control de diversos problemas asociados al manejo de cultivos [4, 5].

Procesamiento y análisis de imágenes digitales

Para poder obtener datos cuantificables a partir de imágenes obtenidas desde sensores remotos es necesario llevar a cabo un procesamiento que facilite su conversión a unidades e índices con sentido biológico. Esto se logra a partir de procesamientos y análisis de las diferentes variables representadas por los pixeles provenientes de distintas bandas de acuerdo a los sensores que hayan sido utilizados (Figura 1).

Las imágenes más comúnmente utilizadas son las imágenes RGB. Estas captan solo una fracción del espectro visible dentro de todo el espectro electromagnético y son equivalentes a las que pueden captar las cámaras de los teléfonos celulares que usamos hoy en día. Estas imágenes guardan información en tres bandas que representan tres longitudes de onda distintas (en nanómetros): la roja (R; 650 nm), la verde (G; 520 nm) y la azul (B; 475 nm). En este sentido, cada píxel de una imagen digital tiene un valor particular de la región roja, verde o azul, que es un espacio de color tridimensional utilizado para generar el color de un objeto como lo percibimos nosotros. Algo interesante es que estas imágenes se pueden descomponer en cuanto a su tono, saturación e intensidad de sus píxeles (HSI, por sus siglas en inglés), ofreciendo esto un potencial aún mayor de información utilizable. El tono es el color puro del píxel, mientras que la saturación es la cantidad de color (tono puro, a blanco, que contiene un rango más amplio), y la intensidad se relaciona con su brillo (desde el tono puro hasta completamente negro) [9, 10].  Por ello, dependiendo de cuál sea la pregunta y objeto de estudio, durante la adquisición de la imagen se debe de tomar en cuenta ciertos criterios como la iluminación, la distancia focal, y posteriormente su procesamiento a fin de lograr obtener los resultados esperados (Figura 2).
 
Aplicaciones basadas en RGB

Se ha incrementado la aplicación de imágenes basadas en RGB en los diversos campos de la agricultura, tanto en el campo como en el laboratorio o invernadero. Específicamente, para la identificación, mapeo y discriminación de malezas y cultivos, cuantificación del color y condición fotosintética del césped, análisis cuantitativo de un proceso fisiológico especialmente variable a través de la superficie de una hoja, prueba de color de semillas para la identificación de rasgos comerciales de semillas y estimación del contenido de clorofila en plantas
micropropagadas [5]. En la (figura 3), se muestran imágenes representativas del estudio del proceso de infección por un fitopatógeno en la planta modelo Arabidopsis thaliana, donde el color azul indicado en las imágenes después de su análisis digital indica los niveles de clorosis en el tejido y el color verde a la clorofila, esto permite calcular el área o porcentaje de tejido vegetal dañado cuando las plantas son inoculadas con algún fitopatógeno. Además de evaluar procesos de infección, se puede estudiar efectos de la nutrición vegetal como la deficiencia de nutrientes como fosfatos, nitratos o hierro.

El ejemplo anterior muestra cómo podemos traducir información de los procesos fisiológicos para entender su respuesta a infecciones con fitopatógenos o deficiencia de nutrientes. Pensemos ahora que estos ejemplos son escalables para realizarse en el invernadero o en el campo de cultivo. De tal forma que podemos entonces aprovecharnos del análisis espectral de imágenes capturadas por distintos tipos de sensores remotos y lograr así una “agricultura de precisión” para aumentar la productividad de los cultivos y monitoreo temprano de distintos procesos fisiológicos o cuando están sufriendo impactos por plagas y enfermedades. Lo anterior podrá entonces ayudarnos a hacer más eficiente las acciones de fertilización y control de las enfermedades y reducir al máximo la variabilidad en el cultivo y producción. Recientemente, el uso de drones se suma a la estrategia de la agricultura de precisión haciendo más accesible y rápido el monitoreo de los cultivos y/o bosques.

 

 

 

Agradecimientos

El presente trabajo forma parte del proyecto de FORDECYT-PRONACES 292399 “Generación de estrategias científico-tecnológicas con un enfoque multidisciplinario e interinstitucional para afrontar la amenaza que representan los complejos ambrosiales en los sectores agrícola y forestal de México”.

 

Referencias

  • Agricultura de precisión de acuerdo a la International Society of Precision Agriculture – ISPA.
  • Lowe, A., et al., (2017). Plant methods,13(1), 80.
  • Padmavathi, K., & Thangadurai, K. (2016). Indian Journal of Science and Technology,9(6), 1-6.
  • Mahlein, AK (2016). Enfermedad vegetal,100(2), 241-251.
  • Gupta, S. D., Ibaraki, Y., & Trivedi, P. (2014). Plant Image Anal. Fundam. Appl,41, 22.
  • Boldrini, B., Kessler, W., Rebner, K., & Kessler, R. W. (2012). Journal of near infrared spectroscopy20(5), 483-508.
  • Ahmed, M. R., Yasmin, J., Lee, W. H., Mo, C., & Cho, B. K. (2017). Journal of Biosystems Engineering,42(3), 199-216.
  • Zhang, J., et al., (2019). Computers and Electronics in Agriculture,165, 104943.
  • Arivazhagan, S., et al., (2013). Ingeniería Agrícola Internacional: CIGR Journal,15(1), 211-217.
  • Bock, C. H., et al., (2010). Critical Reviews in Plant Sciences,29(2), 59-107.

 

Créditos de las figuras

Figura 1 a la 3. Crédito: Gema Matzil Olguín Utrera y María Fernanda Cuevas Rivera.

 

08 Jun 2023 08:02
¿Protagonista o actor de reparto? ¿A cuál debemos conservar?

¿Protagonista o actor de reparto? ¿A cuál debemos conservar?

Carolina Álvarez Peredo y Armando Contreras Hernández 

Red de Ambiente y Sustentabilidad

Artículo publicado en la Crónica y el [ ... ]

Leer más...
07 Jun 2023 09:25
Moscas para el bio-control de malezas

Moscas para el bio-control de malezas 

Ximena Contreras-Varela, José F. Dzul-Cauich, y Vicente Hernández-Ortiz* 

Red de Interacciones Multitróficas

Artículo publicado en la Crónica y el Portal [ ... ]

Leer más...
07 Jun 2023 09:13
Puercoespines: los rastafaris de la naturaleza

Puercoespines: los rastafaris de la naturaleza 

Sugey de Jesús Dector Cobos, Alberto González Romero y Sergio Albino Miranda 

Red de Biología y Conservación de Vertebrados

Artículo publicado [ ... ]

Leer más...
06 Jun 2023 08:40
El efecto peninsular: Baja California y sus gradientes de diversidad aviar

El efecto peninsular: Baja California y sus gradientes de diversidad aviar

Marisol Martínez Vadillo, Claudio Mota Vargas y Octavio Rojas Soto

Red de Biología Evolutiva

Artículo publicado en la Crónica [ ... ]

Leer más...
02 Jun 2023 08:09
Constructores de madrigueras y sus rol como ingenieros ecosistémicos

Constructores de madrigueras y sus rol como ingenieros ecosistémicos

Samuel Novais y Noemi Matías-Ferrer

Red de Interacciones Multitróficas

Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación [ ... ]

Leer más...
01 Jun 2023 09:49
Los propósitos de la botánica sistemática  Una perspectiva a través del estudio de las lauráceas mexicanas

Los propósitos de la botánica sistemática.

Una perspectiva a través del estudio de las lauráceas mexicanas

Francisco G. Lorea-Hernández

Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación [ ... ]

Leer más...
30 May 2023 09:40
Tráfico ilegal de fauna: el caso de las ranas venenosas

Tráfico ilegal de fauna: el caso de las ranas venenosas

Juan Sebastian Forero Rodríguez, Claudio Mota Vargas y Octavio Rojas Soto 

Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana [ ... ]

Leer más...
25 May 2023 08:32
Conociendo más de los hongos silvestres

Conociendo más de los hongos silvestres

Paloma Susan, Leticia Montoya, Víctor M. Bandala, Antero Ramos*

Red de Biodiversidad y Sistemática

Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación [ ... ]

Leer más...
24 May 2023 11:14
Escarabajos percusionistas: güiros, güícharos y carrascas

Escarabajos percusionistas: güiros, güícharos y carrascas

Edwin R. Ariza-Marín, Greta H. Rosas-Saito y Andrés Lira-Noriega

Red de Estudios Moleculares Avanzados

Artículo publicado en la Crónica [ ... ]

Leer más...
23 May 2023 08:55
20 de mayo. Día mundial de las abejas. ¡Únete a la celebración!

20 de mayo. Día mundial de las abejas. ¡Únete a la celebración!

María Teresa Guerrero Flores, Luis R. Martínez García, Paola A. González-Vanegas, Carlos A. Cultid-Medina

Red de Diversidad Biológica [ ... ]

Leer más...
22 May 2023 09:18
El costo de ser guapo

El costo de ser guapo

Carla Gutiérrez Rodríguez y Oscar Ríos Cárdenas

Red de Biología Evolutiva

Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 22 de mayo 2023

Las [ ... ]

Leer más...
19 May 2023 09:30
Explorando Veracruz a través de sus cultivos

Explorando Veracruz a través de sus cultivos

Elio Guarionex Lagunes Díaz

Red Ambiente y Sustentabilidad

Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 18 de mayo 2023

Panorámica [ ... ]

Leer más...
19 May 2023 09:02
¡Cuidado con estas dos especies de mosquitos!

¡Cuidado con estas dos especies de mosquitos!

Fredy S. Mendoza Palmero1, María Teresa Suarez Landa2, Guadalupe Díaz del Castillo Flores3 y Sergio Ibáñez-Bernal4

Artículo publicado en la Crónica [ ... ]

Leer más...
17 May 2023 11:28
El color de la noche

El color de la noche

Sergio A. Cabrera-Cruz

USPAE

Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 17 de mayo 2023 

La contaminación lumínica cambia el color del cielo [ ... ]

Leer más...
17 May 2023 09:46
Escarabajos: áreas prioritarias de conservación en Guerrero

Escarabajos: áreas prioritarias de conservación en Guerrero

Cuauhtémoc Deloya y José F. Dzul-Cauich

Red de Interacciones Multitróficas

Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación [ ... ]

Leer más...
16 May 2023 11:37
¿Por qué hay tantos peces en el río?

¿Por qué hay tantos peces en el río?

Ana Berenice García-Andrade y Fabricio Villalobos*

Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 16 de mayo 2023

A nivel mundial, [ ... ]

Leer más...
15 May 2023 08:45
La Divulgación de la Ciencia en la era bailada

La Divulgación de la Ciencia en la era bailada

Guillermo López Escalera Argueta*

Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 15 de mayo 2023

La sociedad, en la actualidad, [ ... ]

Leer más...
11 May 2023 08:38
La misteriosa floración del bambú

La misteriosa floración del bambú

Ma. Teresa Mejia-Saulés

Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 10 de mayo 2023

La floración del bambú se puede presentar en [ ... ]

Leer más...
09 May 2023 09:51
Las micromanipuladoras: perturbadoras enfermedades de insectos

Las micromanipuladoras: perturbadoras enfermedades de insectos

Laura Navarro de la Fuente, Cindy Molina, Juan Sebastián Gómez y Trevor Williams

Los microorganismos que infectan insectos pueden causar [ ... ]

Leer más...
04 May 2023 09:01
Cri-Cri, el naturalista, zoólogo y ecólogo

Cri-Cri, el naturalista, zoólogo y ecólogo

Luis M García Feria* y Carolina Álvarez Peredo**

Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 08 de mayo 2023

En celebración [ ... ]

Leer más...
04 May 2023 08:55
El supercómputo, herramienta esencial en el ámbito científico

El supercómputo, herramienta esencial en el ámbito científico

Enrique Ibarra-Laclette y Emanuel Villafán*

Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 04 de mayo 2023

Los [ ... ]

Leer más...
03 May 2023 07:47
El ruido, ese enemigo y contaminante invisible

El ruido, ese enemigo y contaminante invisible

Fernando González García*

La contaminación acústica por ruido antropogénico es un problema que puede ocasionar graves consecuencias para la salud [ ... ]

Leer más...
02 May 2023 07:42
La energía eólica: el verdadero “power” mexicano

La energía eólica: el verdadero “power” mexicano

Daniel Aguirre Fay, Oscar Muñoz Jiménez, Rafael Villegas Patraca*

Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el [ ... ]

Leer más...
28 Abr 2023 08:09
Navegando por los manglares desde el sillón

Navegando por los manglares desde el sillón 

Jorge López Portillo*

Con desarrollo del internet, ahora tenemos una auténtica biblioteca de Alejandría, pero también la mejor mapoteca del mundo y [ ... ]

Leer más...
28 Abr 2023 07:38
¿Fauna nociva o coexistencia fallida?

¿Fauna nociva o coexistencia fallida? 

Andrés M. López-Pérez y Daniel Mendizábal Castillo*

Como resultado de distintos conflictos humano-animal a través de la historia hemos etiquetado a muchas [ ... ]

Leer más...
27 Abr 2023 08:26
Las chinches sapo

Las chinches sapo 

Daniel Reynoso-Velasco y Rodolfo Novelo-Gutiérrez*

Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 27 de abril 2023

Los gelastocóridos o chinches [ ... ]

Leer más...
25 Abr 2023 09:16
La contaminación digital y el cambio climático

La contaminación digital y el cambio climático

Jorge Córdova Nieto y Fabiola López Barrera*

Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 25 de abril 2023

La contaminación [ ... ]

Leer más...
24 Abr 2023 08:44
Conectividad: ruta y refugio de escarabajos

Conectividad: ruta y refugio de escarabajos 

Alfonso Díaz Rojas*

Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 24 de abril 2023

En las últimas décadas, la fragmentación [ ... ]

Leer más...
24 Abr 2023 08:37
Platicando con… ¿una polilla?

Platicando con… ¿una polilla?

Ruth Valeria Ochoa Cázares y Dalila del Carmen Callejas Domínguez*

Las mariposas nocturnas, comúnmente conocidas como polillas, son fáciles de observar alrededor [ ... ]

Leer más...
19 Abr 2023 09:14
Alianza para el manejo sustentable del humedal continental Laguna de Bustillos, Cuauhtémoc-Chih.-Méx.

Alianza para el manejo sustentable del humedal continental Laguna de Bustillos, Cuauhtémoc-Chih.-Méx.

Proyecto FGRA A.466

Victor Manuel Reyes Gómez

Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación [ ... ]

Leer más...
19 Abr 2023 08:56
Las pasionarias mexicanas

Las pasionarias mexicanas 

Itzi Fragoso-Martínez1, Carlos Aldair Zárate Pérez2 y María Teresa Jiménez Segura1

Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 19 de abril [ ... ]

Leer más...
19 Abr 2023 08:47
Dr. Halffter un año después

Dr. Halffter un año después

Mario Enrique Favila Castillo

Gonzalo Halffter fundó el Instituto de Ecología, A.C, el primero en México y creó las Reservas de la Biosfera en México. Le brindamos un [ ... ]

Leer más...
17 Abr 2023 11:28
Temidas pero incomprendidas: las avispas como polinizadores

Temidas pero incomprendidas: las avispas como polinizadores

Paola A. González-Vanegas* y Carlos A. Cultid-Medina**

Aunque son unos de los insectos temidos por las personas, las avispas además de [ ... ]

Leer más...
13 Abr 2023 09:23
La primavera llegó, ¡llegó!

La primavera llegó, ¡llegó!

Rosario Redonda-Martínez1, Itzi Fragoso-Martínez2 y Teresa Jiménez Segura2

Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 05 de abril [ ... ]

Leer más...
13 Abr 2023 09:07
La zacua u Oropéndola de Moctezuma

La zacua u Oropéndola de Moctezuma 

Claudio Mota Vargas, Alejandra Galindo Cruz y Gerson D. Alducin Chávez 

Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 13 de abril [ ... ]

Leer más...
12 Abr 2023 09:35
Mitigar amenazas al correo electrónico

Mitigar amenazas al correo electrónico

Arturo Sánchez y Luis Rey

El correo electrónico es una de las herramientas de comunicación más utilizadas en la actualidad, tanto a nivel personal como Institucional. [ ... ]

Leer más...
12 Abr 2023 08:53
Observaciones que se convierten en monitoreo, que se convierten en calendarios de manejo

Observaciones que se convierten en monitoreo, que se convierten en calendarios de manejo

Luciana Porter Bolland, Claudia Gallardo y Emma Villaseñor

Los calendarios o almanaques temáticos, como el [ ... ]

Leer más...
11 Abr 2023 08:42
La zarzaparrilla una bebida refrescante y medicinal

La zarzaparrilla una bebida refrescante y medicinal

Arith Pérez-Orozco y Victoria Sosa

Artículo publicado en la Crónica y el Portal Comunicación Veracruzana el 11 de abril 2023

La zarzaparrilla [ ... ]

Leer más...
10 Abr 2023 08:16
Amphioxus: el eslabón entre invertebrado y vertebrado

Amphioxus: el eslabón entre invertebrado y vertebrado

Alberto Rísquez

Para abordar este tema, antes que nada, es importante darnos una idea de lo que es la notocorda. Pues es nada más y nada menos [ ... ]

Leer más...
30 Mar 2023 08:34
¿Similitudes Cangrejos, Lombrices, Escarabajos en CICOLMA?

¿Similitudes cangrejos, lombrices, escarabajos en CICOLMA?

Ricardo de Jesús Madrigal Chavero, Fernando Escobar Hernández y José Antonio Ángeles Varela 

Artículo publicado en la Crónica y el [ ... ]

Leer más...
Artículos anteriores