Morfologia foliar

Em biologia a morfologia ´e definida como estudo da forma de um organismo, ou de parte dele. Isso inclui aspectos de aparˆencia exterior de superf´ıcie adaxial e/ou abaxial bem como a forma e estrutura de suas partes internas, como ´org˜aos (Figura 6.1).

Ambos os tipos de imagens apresentam um desafio natural inerente ao problema de classi- fica¸c˜ao: a grande a similaridade entre folhas de diferentes esp´ecies e a dissimilaridade entre fo- lhas dentro de uma mesma esp´ecie. Essa varia¸c˜ao pode ocorrer em todos os n´ıveis hier´arquicos: dentro e entre ´arvores, popula¸c˜oes e grupos taxonˆomicos. Alguns exemplos dessa variabilidade s˜ao:

6.1 Morfologia foliar 135

Figura 6.1 – Esquerda e centro: Superf´ıcies adaxial e adaxial adquirida por um scanner ´optico de uma folha

de Micˆonia albicans. Direita: Imagem de corte transversal adquirida por microsc´opio digital de

uma folha de Ochnatia polymorpha.

• Varia¸c˜ao de cor entre folhas de mesma esp´ecie ou at´e mesma planta, indo do branco ao vermelho. Um exemplo simples ´e mostrado na Figura 6.2.

Figura 6.2 – Varia¸c˜ao da cor em uma folha de Cotinus coggygria (132).

• A varia¸c˜ao de textura pode ocorrer entre folhas ou at´e mesmo dentro de uma mesma folha. N˜ao s˜ao raros os casos onde a textura da base da folha, pr´oximo ao pec´ıolo, difere bastante da textura de seu ´apice. Tamb´em h´a folhas com diversas cores em sua superf´ıcie, o que acarreta em diferentes percep¸c˜oes dependendo da regi˜ao a ser estudada (Figura 6.3).

Figura 6.3 – Varia¸c˜ao na textura de uma folha de Miconia langsdorfii.

• Varia¸c˜ao do formato geral da folha (Figura 6.4), tamanho (Figura 6.5), margem (Figura 6.6), n´umero e posi¸c˜ao dos leaflets (Figura 6.7 e 6.8) ou no n´umero de lobos (Figura 6.9).

• Acredita-se que diferentes padr˜oes de vena¸c˜ao tamb´em podem ocorrer sob determinadas circunstˆancias, porem n˜ao h´a estudos cient´ıficos que comprovem tal suposi¸c˜ao.

Entre as raz˜oes que podem causar essa dissimilaridade entre folhas, algumas s˜ao de origem natural e outras ocasionadas no momento da aquisi¸c˜ao das imagens. Dentre as raz˜oes naturais que causam essa variabilidade as mais comuns s˜ao:

136 6 Classifica¸c˜ao de esp´ecies vegetais baseada em an´alise foliar

Figura 6.4 – Varia¸c˜ao do formato geral de uma folha de Corylus avellana (132).

Figura 6.5 – Varia¸c˜ao de tamanho de uma folha de Sophora japonica.

• Folhas coletadas em diferentes ´epocas do ano pode ocasionar altera¸c˜oes de cor, formato e textura (133). Obviamente essa dificuldade pode ser amenizada com a coleta em uma mesma ´epoca. Por´em, como o objetivo principal de tais sistemas automatizados utili- zando folhas ´e justamente evitar a dificuldade de se encontrar flores e frutos dispon´ıveis, essa dificuldade deve ser superada nos sistemas automatizados.

• Folhas coletadas em diferentes locais da planta. Algumas podem ficar mais ou menos expostas ao sol, enquanto outras podem apresentar-se est´agios de crescimento diferentes como parte do padr˜ao de desenvolvimento natural (134, 135). Mancuso e Mancuso et al. (136, 137) sugerem coletar as folhas entre o 7th e 11th n´os da planta, visando assim garantir a uniformidade de aparˆencia e exposi¸c˜ao solar. Por´em n˜ao ´e em todas as esp´ecies que esses n´os s˜ao vis´ıveis ou acess´ıveis, dificultando assim esse processo de padroniza¸c˜ao. Recomenda-se coletar folhas com seu est´agio vegetativo completo, sem ind´ıcios de in´ıcio de morte foliar.

• Presen¸ca de manchas causadas por fungos, doen¸cas ou les˜oes. Assim como no item acima recomenda-se priorizar a coleta de folhas saud´aveis, a fim de evitar eventuais dificuldades adicionais nos sistemas automatizados.

• Diferentes condi¸c˜oes ambientais durante o desenvolvimento podem induzir um diferen¸cas marcantes no fen´otipo foliar (heterofilia) (138).

6.1 Morfologia foliar 137

Figura 6.7 – Varia¸c˜ao no n´umero de leaflets de uma folha de Fraxinus angustifolia (132).

Figura 6.8 – Varia¸c˜ao na posi¸c˜ao dos leaflets de uma folha de Vitex agnus-castus (132).

Al´em das raz˜oes naturais elencadas acima que s˜ao causa da diversidade foliar temos as raz˜oes artificiais, ou seja, ocasionadas pelo homem no momento da aquisi¸c˜ao/digitaliza¸c˜ao. Isso ocorre principalmente devido `a inexistˆencia de um padr˜ao de aquisi¸c˜ao comum para os diversos sistemas ´opticos. Embora pare¸ca simples (i.e. maioria das folhas s˜ao planares e, consequentemente, f´aceis de serem coletadas com um scanner ou cˆamera digital), a aquisi¸c˜ao de tais imagens n˜ao ´e uma tarefa trivial. Dentre os v´arios motivos que podem criar artefatos nas imagens temos:

• Sobreposi¸c˜oes entre partes adjacentes ou r´ıgidas das folhas s˜ao muitas vezes inevit´aveis e podem criar grandes diferen¸cas entre os contornos de folhas inicialmente semelhantes. • A presen¸ca de sombras causadas por partes r´ıgidas ou n˜ao planares das folhas pode fazer

com que a percep¸c˜ao da textura seja alterada.

• A coleta de forma equivocada de folhas simples, sendo que na realidade tratam-se de

leflets de folhas compostas. Isso obviamente ocasiona altera¸c˜oes dr´asticas no formato

foliar.

• A retirada do pec´ıolo da folha que, assim como o que ocorre acima, tamb´em causa

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altera¸c˜oes no formato foliar. Preservar o pec´ıolo ´e um procedimento simples que auxilia a an´alise da forma foliar.

• A aquisi¸c˜ao da imagem de forma n˜ao orientada, ou seja, posicionada verticalmente ao longo do eixo natural principal. Embora alguns m´etodos computacionais sejam invari- antes `a rota¸c˜oes, muitos n˜ao trabalham bem com esse tipo de varia¸c˜ao.

• Aquisi¸c˜ao das imagens com diferentes resolu¸c˜oes e em diferentes escalas. Tal falta de padroniza¸c˜ao pode prejudicar ainda mais a percep¸c˜ao de textura foliar, que j´a ´e alterada por diversas varia¸c˜oes naturais.

• A n˜ao utiliza¸c˜ao de um fundo uniforme pode dificultar o processo de separa¸c˜ao da folha e sua posterior an´alise. Recomenda-se utilizar um background comum, branco ou preto, assim como controlar ao m´aximo a ilumina¸c˜ao utilizada.

• A utiliza¸c˜ao de diferentes marcas/modelos de equipamentos pode acarretar em distor¸c˜oes de alto n´ıvel no formato, cor e textura foliar, pois cada equipamento possui uma deter- minada regulagem. Para contornar tal dificuldade sugere-se a utiliza¸c˜ao de um padr˜ao de controle, do tipo IT8 target, para possibilitar corre¸c˜oes posteriores de cor (139). • A desidrata¸c˜ao durante o transporte foliar pode alterar as caracter´ısticas taxonˆomicas

das folhas. Caso haja necessidade de transporte das folhas at´e outro local (i.e. para utilizar um scanner ou microsc´opio) recomenda-se utilizar sacos pl´asticos e adquirir as imagens preferencialmente no mesmo dia da coleta.

Tamb´em n˜ao h´a um consenso sobre a melhor forma de aquisi¸c˜ao a ser utilizada. Atual- mente s˜ao utilizados 3 tipos principais de equipamentos de aquisi¸c˜ao, cˆameras fotogr´aficas, scanners de mesa e/ou microsc´opios digitais:

1. As cˆameras fotogr´aficas tem a vantagem de serem extremamente port´ateis, r´apidas, f´aceis de utilizar e baratas, por´em possuem resolu¸c˜oes limitadas podendo gerar artefatos como varia¸c˜ao de luminosidade, cor ou distor¸c˜oes ´opticas. Pode conter mais ou menos sombras, uma vez que n˜ao h´a nenhum tipo de prensa para fixar a folha.

2. Os scanners, apesar de n˜ao serem ainda equipamentos de alta mobilidade (i.e. como as cˆameras digitais), tem algumas vantagens bem interessantes. As mais importantes s˜ao a alta resolu¸c˜ao, que possibilita a an´alise de texturas com alto grau de detalhes e a existˆencia de um background e ilumina¸c˜ao comum, o que facilita o processamento da imagem e diminui a varia¸c˜ao de ilumina¸c˜ao. Outra possibilidade ´e a de se controlar com