Characterization and differentiation of forest species by seed image analysis: a new methodological approach

Auteurs-es

DOI :

https://doi.org/10.5902/1980509873427

Mots-clés :

Biometry, Forest seeds, Image processing, Seed analysis

Résumé

Biometric seed analysis can be used to characterize and differentiate forest species. However, forest species are generally studied using manual methods such as measurements with a digital caliper, which provides a limited amount of information on plant morphological characteristics, whereas agronomic species are analyzed using expensive and often inaccessible equipment. Thus, the objective of the present study was to demonstrate that seed image analysis and processing tools can help characterize and differentiate Brazilian forest species. For this purpose, the seeds of 155 forest species belonging to 42 families were photographed and analyzed to extract data on their morphometric descriptors using a new methodological approach. A total of 18 characteristics were assessed, namely eight dimensions, four shape characteristics, and six color characteristics. A set of approximately 1.827 million data was extracted from 101,521 seed images. Digital image processing efficiently characterized the studied seeds and the obtained characteristics allowed us to differentiate between species, including those belonging to the same botanical family and genus. Therefore, seed image analysis using the proposed methodology can be used to characterize, differentiate, and automatedly identify forest species in Brazil.

Téléchargements

Les données relatives au téléchargement ne sont pas encore disponibles.

Bibliographies de l'auteur-e

Francival Cardoso Felix, Universidade Federal do Paraná

Engenheiro Florestal e MSc. em Ciências Florestais pela UFRN. Atualmente é doutorando em Engenharia Florestal pela UFPR, linha de trabalho em Silvicultura, com ênfase em Tecnologia e Produção de Sementes Florestais. Possui experiência em coleta, beneficiamento, armazenamento, dormência, maturação, germinação, ecofisiologia, morfologia, biometria, fitopatologia, alelopatia e análise de sementes, este último com enfoque nos aspectos sanitários, físicos, fisiológicos e bioquímicos das sementes, e também com análise e processamento digital de imagens. Além disso, também possui publicações visando a seleção de árvores matrizes com o uso de marcadores moleculares e testes de progênies para produção de sementes. O atual projeto de Tese contempla análise de imagens e inteligência artificial em sementes florestais, e suas implicações para aspectos ecológicos, genéticos e silviculturais. Possui diversas premiações e trabalhos destaques nos principais eventos nacionais de Sementes e Ciências Florestais.

Dagma Kratz, Universidade Federal do Paraná

Possui graduação, mestrado e Doutorado em em Engenharia Florestal pela Universidade Federal do Paraná (UFPR), instituição que trabalha atualmente como Professora e pesquisadora na área de Propagação de Espécies Florestais. Está vinculada ao Programa de Pós-graduação em Engenharia Florestal da UFPR , no qual orienta discentes de mestrado e doutorado

Richardson Ribeiro, Universidade Tecnológica Federal do Paraná

Docente pesquisador da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR) campus Pato Branco - PR, com atuação na Universidade Federal do Paraná (UFPR) Curitiba - PR. Atua nos cursos de Engenharia Florestal, Engenharia Industrial Madeireira, Engenharia de Computação, e Tecnologia em Análise e Desenvolvimento de Sistemas. É administrador das Estações Experimentais Rio Negro PR e São João do Triunfo. Tem experiência nos seguintes setores e temas de pesquisas: Setores Florestais e de Agronegócios, Sistemas Inteligentes, Otimização, Aprendizagem Coletiva, Sistemas Multi-agente, Aprendizagem de Máquina, Teoria das Redes Sociais. Possui pós-doutorado em informática (2017), doutorado em informática (2010), mestre em Informática Aplicada na Pontifícia Universidade Católica do Paraná (2006) e graduação em Informática na Universidade do Contestado (2003).

Antonio Carlos Nogueira, Universidade Federal do Paraná

Possui graduação pela Universidade Federal do Paraná (1975), mestrado em Engenharia Florestal pela Universidade Federal do Paraná (1978) e doutorado pela Universidade Federal do Paraná (1989). Atualmente é professor Titular da Universidade Federal do Paraná, atuando principalmente nos seguintes temas: sementes florestais e produção de mudas florestais

Références

ARAÚJO, J. K. P.; ARAÚJO, J. S. O.; SANTOS, D. F.; PACHECO, M. V.; ARAUJO, P. C. D. Seminiferous propagation of Cordia oncocalyx (Allemão) Baill. and biometric characterization of diaspores and seeds. Revista Caatinga, Mossoró, v. 35, n. 1, p. 160 – 169, 2022.

BAGHERI, A.; EGHBALI, L.; SADRABADI-HAGHIGHI, R. Seed classification of three species of amaranth (Amaranthus spp.) using artificial neural network and canonical discriminant analysis. The Journal of Agricultural Science, United Kingdom, v. 157, n.4, p. 333-341, 2019.

BAO, F.; BAMBIL, D. Applicability of computer vision in seed identification: deep learning, random forest, and support vector machine classification algorithms. Acta Botânica Brasílica, Brasília, v. 35, n. 1, p. 17-21, 2021.

BARROS, H. S. D.; CRUZ, E. D.; PEREIRA, A. G.; SILVA, E. A. A. Fruit and seed morfometry, seed germination and seedling vigor of Parkia gigantocarpa. Revista Floresta, Curitiba, v. 50, n. 1, p. 877–886, 2020.

BEZERRA, A. C.; ZUZA, J. F. C.; SILVA-BARBORA, L.; AZEVEDO, C. F.; ALVES, E. U. Biometrics of mulungu seeds from different mother plants in the semi-arid region of Paraíba, Brazil. Revista Caatinga, Mossoró, v. 35, n. 2, p. 393, 2022.

CECCO, V. D.; MUSCIANO, M. D.; D’ARCHIVIO, A. A.; FRATTAROLI, A. R.; MARTINO, L. D. Analysis of intraspecific seed diversity in Astragalus aquilanus (Fabaceae), an endemic species of Central Apennine. Plant Biology, Germany, v. 21, n. 1, p. 507–514, 2019.

CONCEIÇÃO, T. A.; MENDONCA, A. V. R.; SOUZA, M. O.; SOUZA, J. S.; MOREIRA, R. F. C. Seed collection environment: effects of forest cover reduction on biometrics and seed lot quality of Bowdichia virgilioides Kunth. Revista Cientifica, São Paulo, v. 47, n. 3, p. 327–336, 2019.

CORREIA, L. A. S.; FELIX, F. C.; ARAUJO, F. D. S.; FERRARI, C. D. S; PACHECO, M. V. Morphometric descriptors and physiological seed quality for selecting Aspidosperma pyrifolium Mart. matrix trees. Revista Caatinga, Mossoró, v. 32, n. 3, p. 751-759, 2019.

DUARTE, E. R.; GONZALEZ-RONDAN, B.; ROCHA, S. P. Physical analysis and seed germination of Austrochthamalia teyucuarensis H. A. Keller, endemic of the Atlantic Forest and in danger of extinction. Agrociencia, Texcoco, v. 53, n. 3, p. 403–416, 2019.

FARRIS, E.; ORRÙ, M.; UCCHESU, M.; AMADORI, A.; PORCEDDU, M.; BACCHETTA, G. Morpho-colorimetric characterization of the Sardinian endemic taxa of the genus Anchusa L. by seed image analysis. Plants, Switzerland, v. 9, n. 10, e1321, 2020.

FELIX, F. C.; MEDEIROS, J. A. D.; FERRARI, C. S.; VIEIRA, F. A.; PACHECO, M. V. Biometry of Pityrocarpa moniliformis seeds using digital imaging: implications for studies of genetic divergence. Brazilian Journal of Agricultural Sciences, Recife, v. 15, n. 1, e6128, 2020.

FELIX, F. C.; MOCELIM, F. L.; TORRES, S. B.; KRATZ, D.; RIBEIRO, R.; NOGUEIRA, A. C. Thousand-seed weight determination in forest species by image analysis. Journal of Seed Science, Londrina, v. 43, e202143040, 2021a.

FELIX, F. C.; OLIVEIRA, F. N.; FREITAS, N. W. N.; FREITAS, R. M. O.; JILANI, I. B. H.; TORRES, S. B. Seed characterization and germination morpho-physiology of Simira gardneriana (Rubiaceae). Journal of Seed Science, Londrina, v. 43, e202143025, 2021b.

GERBER, D.; BRUN, E. J.; TOPANOTTI, L. R.; FERREIRA, J. J.; PORRUA, D. A.; GORENSTEIN, M. R.; WAGNER-JÚNIOR, A. Genetic variability of Araucaria angustifolia Bertol. initial growth: subsidy to the formation of seed orchards. Ciência Florestal, Santa Maria, v. 31, n. 1, p. 310-332, 2021.

GONZALÉZ-CORTÉS, A.; GODINA, F. R.; REYES-VALDÉS, M. H.; TORRES, V. R.; RODRÍGUEZ, M. A. P.; QUINTANILLA, J. A. V.; BENÍTEZ, A. L. Morfología de semillas de siete especies del género Opuntia (Cactaceae) del sureste de Coahuila (México). Boletín de la Sociedad Argentina de Botánica, Córdoba, v. 54, n. 4, p. 493-507, 2019.

JOSHI, D.; BUTOLA, A.; KANADE, S. R.; PRASAD, D. K.; MITHRA, A.; SINGH, N. K.; BISHT, D. S.; MEHTA, D. S. Label-free non-invasive classification of rice seeds using optical coherence tomography assisted with deep neural network. Optics and Laser Technology, United Kingdom, v. 137, n. 1, e106861, 2021.

LOVATEL, Q. C.; NAVROSKI, M. C.; GERBER, T. R.; OLIVEIRA, L. M.; PEREIRA, M. O.; SILVEIRA, M. F. Genetic variability in juvenile characters of progenies of Apuleia leiocarpa. Revista Floresta, Curitiba, v. 51, n. 3, p. 547, 2021.

MARTÍN-GÓMEZ, J. J.; GUTIÉRREZ DEL POZO, D.; UCCHESU, M.; BACCHETTA, G.; CABELLO-SÁENZ DE SANTAMARÍA, F.; TOCINO, Á.; CERVANTES, E. Seed morphology in the Vitaceae based on geometric models. Agronomy, Switzerland, v. 10, n. 5, e739, 2020.

MAZUR, M.; MARCYSIAK, K.; DUNAJSKA, A.; GAWLAK, M.; KAŁUSK, T. Taxonomic significance of seed morphology in Veronica L. (Plantaginaceae) species from central Europe. Plants, Switzerland, v. 11, n. 1, e88, 2022.

MEDEIROS, A. D.; ZAVALA-LEÓN, M. J.; ARAÚJO, J. O.; PEREIRA, M. D.; DIAS, D. C. F. S.; SILVA, L. J. Relationship between internal morphology and physiological quality of Leucaena leucocephala seeds using image analysis. Revista Árvore, Viçosa, v. 43, n. 2, e430208, 2019.

MENEGATTI, R. D.; MANTOVANI, A.; NAVROSKI, M.; SOUZA, A. G. Genetic divergence among provenances of Mimosa scabrella Benth. based on seed analysis. Brazilian Journal of Agricultural Sciences, Recife, v. 12, n. 3, p. 366-371, 2017.

MOREIRA, P. A.; NEVES, F. S.; LOBO, J. A. Consequences of tropical dry forest conversion on diaspore fate of Enterolobium contortisiliquum (Fabaceae). Plant Ecology, Netherlands, v. 222, n. 4, p. 525–535, 2021.

MOURA, C. C.; COSTA, T. R.; CARVALHO, L. R.; TITON, M.; PEREIRA, I. M.; MACHADO, E. L. M. Morpho-physiological classification of seeds and morphology of fruits and seedlings of Richeria grandis. Rodriguésia, Rio de Janeiro, v. 71, e02732018, 2020.

NAZARI, L.; SHAKER, M.; KARIMI, A.; ROPELEWSKA, W. Identification of sorghum genotypes using a machine vision system. Journal of food process engineering, United Kingdom, v. 44, n. 5, e13673, 2021.

PATRÍCIO, M. C.; TROVÃO, D. M. B. M. Seed biometry: another functional trait in Caatinga. Acta Scientiarum, Maringá, v. 42, e51183, 2020.

PEREIRA, S. A.; FERREIRA, S. A. N. Fruit and seed biometry and seedling morphology of Parkia discolor (Spruce ex Benth.). Revista Árvore, Viçosa, v. 41, n. 2, e410206, 2017.

SANTOS, J. C. C.; SILVA, D. M. R.; COSTA, R. N.; SANTOS, S. A.; SILVA, L. K. S.; SILVA, J. V. Biometry of fruits and seeds and pre-germination treatments of Hymenaea courbaril seeds. Revista em Agronegócio e Meio Ambiente, Maringá, v. 12, n. 3, p. 957–979, 2019.

SILVA, J. A.; MEDEIROS, A. D.; PEREIRA, M. D.; RAMOS, A. K. F.; SILVA, L. J. Seed quality analysis of Senna siamea Lam. using image analysis techniques. Journal of Seed Science, Londrina, v. 42, e202042042, 2020.

SOARES, R. N.; SANTOS, R. O.; SILVA, B. M. S. E. Morphological aspects and anatomy of the fruit, seeds and seedlings of Pentaclethra macroloba (willd.) Kuntze (Fabaceae). Journal of Seed Science, Londrina, v. 41, n. 4, p. 452–460, 2019.

YADAV, V.; SINGH, A. K.; SINGH, S.; RAO, V. V. A. Variability in custard apple (Annona squamosa) genotypes for quality characters from Gujarat. Indian Council of Agricultural Research, New Delhi, v. 87, n. 12, p. 1627-1632, 2017.

Téléchargements

Publié-e

2023-10-18

Comment citer

Felix, F. C., Kratz, D., Ribeiro, R., & Nogueira, A. C. (2023). Characterization and differentiation of forest species by seed image analysis: a new methodological approach. Ciência Florestal, 33(3), e73427. https://doi.org/10.5902/1980509873427

Articles les plus lus du,de la,des même-s auteur-e-s