Estudio de la firma hiperespectral de la madera de 30 especies de árboles de Costa Rica para la identificación y su relación con las características químicas, termogravimétricas y colorimétricas

Trabajo Final de Graduación (Licenciatura en Ingeniería Forestal) Instituto Tecnológico de Costa Rica, Escuela de Ingeniería Forestal, 2019.

La espectroscopia de la luz reflejada, es una propiedad fundamental que permite estudiar la reflectancia espectral (la relación de la energía reflejada sobre la energía incidente como una función de la longitud de onda). La reflectancia varía con la longitud de onda para la mayoría de los materiales, debido a que la energía en ciertas longitudes de onda es absorbida. Estas propiedades han sido ampliamente estudiadas en el campo de la vegetación y se ha demostrado que el tipo de especie, el estrés de la planta, y la condición de follaje pueden todos afectar la respuesta de la reflectancia, por lo que ha demostrado ser una herramienta muy útil para el estudio de la vegetación. Más recientemente se han estudiado las aplicaciones de la espectroscopia para la identificación de especies de plantas, la determinación de moléculas presentes en las hojas (clorofila) o presencia de compuestos y elementos químicos en las maderas. El presente trabajo se enfocó en el estudio de muestras de madera de un grupo seleccionado de 30 especies de importancia forestal, para ello se utilizó un espectrorradiómetro en el rango de 325-1075 nm. Esta información se correlacionó con los resultados de laboratorio de sus propiedades químicas, colorimétricas y calóricas de la madera. Con los resultados obtenidos se realizaron procedimientos matemáticos mediante el clasificador k-nearest neighbors (knn) con la métrica dynamic time warping (dtw) para establecer preliminarmente el uso de la firma hiperespectral de la madera en la identificación de especies de forma automática.

The spectroscopy of reflected light is a fundamental property that allows us to study spectral reflectance (the relationship of reflected energy to incident energy as a function of wavelength). Reflectance varies with wavelength for most materials, because energy at certain wavelengths is absorbed. These properties have been extensively studied in the field of vegetation and it has been shown that species type, plant stress, and foliage condition can all affect the reflectance response, so it has proven to be a very useful tool for the study of vegetation. More recently it has been studied the applications of spectroscopy for the identification of plant species, the determination of molecules present in leaves (chlorophyll) or the presence of compounds and chemical elements in wood. The present work focused on the study of wood samples from a selected group of 30 species of forest importance, using a spectroradiometer in the range of 325-1075 nm. This information was correlated with the laboratory results of its chemical, colorimetric and caloric properties of the wood. With the results obtained, mathematical procedures were carried out using the k-nearest neighbors classifier (knn) with the dynamic time warping metric (dtw) to preliminarily establish the use of the hyperspectral signature of wood in the automatic identification of species.