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21st International Symposium on Electrical Engineering "SIE 2025"

21st International Symposium on Electrical Engineering

SIE 2025

Low-cost multispectral analyzer for evaluating artificial light quality in controlled agricultural environments
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Abstract

However, many artificial light sources exhibit non-optimal spectral distributions for photosynthetic processes or require advanced dynamic control strategies that consider environmental variability, crop type, and phenological stage. This study aims to develop a portable spectral characterization system capable of analyzing artificial light sources, computing their similarity to the solar spectrum, and rating them for agricultural applications, while also supporting the management of hybrid lighting systems that combine artificial and natural light. The system integrates a broadband multispectral photodetector covering the visible and near-infrared ranges, along with preprocessing routines, spectral normalization, and comparison metrics based on spectral correlation and Euclidean distance between normalized spectral signatures. Mixed lighting condition tests were conducted to validate the system’s robustness. The results demonstrated acceptable spectral accuracy, with an error margin below 8% when compared to laboratory-grade reference instruments, positioning the solution as a low-cost, high-performance tool with direct applicability in precision agriculture. The proposed system enables efficient assessment and management of spectral light quality, fostering decision-making based on objective spectral analysis.

Resumen

La eficiencia del crecimiento vegetal bajo iluminación artificial depende, en muchos casos, del grado de similitud espectral entre la fuente de luz empleada y el espectro solar; no obstante, numerosas fuentes artificiales presentan distribuciones espectrales no óptimas para los procesos fotosintéticos o requieren estrategias avanzadas de control dinámico que consideren la variabilidad ambiental, el tipo de cultivo y su estado fenológico. Este trabajo tiene como objetivo el desarrollo de un sistema portátil de caracterización espectral capaz de analizar fuentes de luz artificial, calcular su similitud con el espectro solar y calificarlas para aplicaciones agrícolas, así como asistir en la gestión de sistemas de iluminación mixta con luz natural. Para ello, se integró un fotodetector multiespectral de amplio rango en el visible e infrarrojo cercano, junto con algoritmos de preprocesamiento, normalización espectral y métricas de comparación basadas en correlación espectral y distancia euclidiana entre firmas espectrales normalizadas. Se realizaron pruebas bajo distintas condiciones de iluminación mixta para validar la robustez del sistema. Los resultados demostraron una precisión espectral aceptable, con un error inferior al 8 % en comparación con instrumentos de laboratorio de referencia, posicionando a la solución como una herramienta de bajo costo, alto rendimiento y aplicabilidad directa en entornos agrícolas tecnificados. La solución propuesta permite evaluar y gestionar de manera eficiente la calidad espectral de fuentes de iluminación, promoviendo decisiones fundamentadas en análisis espectral objetivo.

About The Speaker

Juan Sebastian Botero Valencia

Dr. Juan Sebastian Botero Valencia

Instituto Tecnológico Metropolitano Flag of Colombia

Discussion

Practical Info
Presentation
Spanish / Español
October 21, 2025 9:30 AM
15 minutes
Salon 2
Authors
Dr. Juan Sebastian Botero Valencia
Elizabeth Ospina Rojas
Mateo Mejia Herrera
Keywords
agricultura; análisis espectral; iluminación artificial; multiespectral; similitud espectral.
artificial lighting; agriculture; multispectral; spectral analysis; spectral similarity
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