FoliometriK aplicación en lenguaje R para mediciones morfométricas automatizadas de hojas a partir de fotografías digitales

Abstract

Los estudios de morfometría foliar generalmente están limitados por la necesidad de procesar muchas muestras, por lo que la automatización del proceso representa una ventaja. En el presente artículo se introduce y valida la aplicación FoliometriK, en lenguaje R, para la obtención automatizada de mediciones de hojas a partir de fotografías digitales, calibradas con una escala de referencia. La aplicación permite obtener ocho variables lineales primarias (área de la lámina, perímetro, largo del eje central, ancho mayor, altura del ancho mayor y anchos en los cuartiles del largo) y cuatro ángulos (apical, basal y laterales). A partir de estas se calculan dos índices relativos: un índice de forma y un índice de asimetría lateral. En hojas de base lobulada se obtienen, además, la longitud del vértice al extremo de los lóbulos basales, profundidad de los lóbulos, ancho a la altura del pecíolo, ángulo entre lóbulos y su área relativa. Se incluyen, además, los componentes principales de los descriptores de Fourier del contorno y las coordenadas de puntos clave a partir de rejillas radiales (equiangulares) o paralelas (equidistantes). Los algoritmos fueron montados en una aplicación con interfase html y validados con una muestra de 40 hojas de Avicennia germinans (Avicenniaceae), tomadas en el campo y medidas, paralelamente de forma manual con un pie de rey y en ImageJ. Las diferencias entre las medidas manuales u obtenidas en ImageJ y las obtenidas por la aplicación de R fueron inferiores a un 3 %, pero el tiempo de toma de datos y la varianza final se redujeron de forma marcada. Se concluye que la aplicación FoliometriK permite extraer de manera rápida, precisa y semiautomática una alta variedad de medidas de hojas simples y relativamente simétricas con lo cual se espera que sirva para potenciar estudios ecomorfológicos, taxonómicos o de tendencias fenotípicas en poblaciones naturales.Foliar morphometric studies usually are limited by the need of processing many samples. That is why the process automation represents an advantage. We present FoliometriK as an open application integrated into an R app for obtaining automatic morphometric measurements of plant leaves using digital pictures and calibrated with a reference scale. The app allows obtaining eight primary lineal variables (blade area, perimeter, length, maximum width, the height of maximum width and width at three main axis percentile) and four angles (apical, basal and lateral). In basallobed leaves, other variables can be obtained: length from apex to top of the basal lobes, lobes depth, width at petiole, angle between lobes and relative lobes area. From these variables two relative indexes are calculated: a shape index and a lateral asymmetry index. For geometric morphometry analysis we also include principal component scores from contour Fourier descriptors and contour landmarks fixed by radial grid (at constant angles) or parallel grid (equally spaced). Algorithm for image processing and variable calculation was designed in a friendly HTML interface, integrated into an R app, and validated with a 40 leaves sample of Avicennia germinans (Avicenniaceae), obtained from field samples and manually measured, at the same time, with a Vernier caliper and in ImageJ. Differences among manual measures or by ImageJ tools and those obtained by using the R app were less than 3 %, but time of data gather and final variances were markedly reduced. We conclude that FoliometriK application permit to extract in a fast way, with precision and semi automatically a high variety of measurements from simple and relatively symmetric leaves, so it is expected that help to promote ecomorphological, taxonomic or phenotypic trait studies in natural populations.(Traducción Automática)