Diện tích bề mặt lá là một trong những chỉ tiêu xác định sự phát triển của thực vật trong quá trình tăng trưởng và là thành tố quan trọng trong công thức tính chỉ số diện tích lá (LAI ‘leaf area index’). Xác định bề mặt lá có rất nhiều ứng dụng trong các ngành Sinh lí thực vật, Nông học, Lâm học, Sinh thái ... Các công trình nghiên cứu xác định bề mặt lá bằng phương pháp trực tiếp, gián–trực tiếp và gián tiếp cùng với việc ứng dụng kỹ thuật số để phân tích vẫn đang tiếp tục nghiên cứu. Các thiết bị quét chuyên dụng thường được sử dụng như CI-202 Portable Laser Leaf Area Meter, LICOR LI-3000 leaf area meter, Leaf Area Meter, OKI MB451 scanner... và dùng để quét hình lá cùng với phần mềm kèm theo có giá thành cao. Nghiên cứu mô phỏng chỉ số diện tích lá (LAI) lúa từ mô hình Oryza 2000 tại các điểm canh tác lúa của tỉnh Sóc Trăng của nhóm tác giả Khoa Môi trường & Tài nguyên Thiên nhiên thuộc Trường Đại học Cần Thơ đã sử dụng máy quét hình (không nêu số hiệu) để xác định diện tích bề mặt lá. Sử dụng máy đo diện tích lá CI – 202 của Hoa Kỳ để xác định diện tích bề mặt lá khi nghiên cứu một số chỉ tiêu sinh lí, hóa sinh của 10 giống đậu phộng (Arachis hypogaea L.) trồng tại Thanh Hóa. Nghiên cứu về chỉ số diện tích bề mặt lá (LAI) cho các giai đoạn phát triển khác nhau của cà chua và dưa leo với các phương pháp xử lí nước tưới khác nhau, các tác giả sử dụng AccuPAR ceptometer LP-80 và Leaf Area Software để xác định LAI. Diện tích bề mặt lá của 70 mẫu cây đã được xác định bằng việc sử dụng phần mềm OpenCV trên smartphone chạy bởi hệ điều hành Android, kết quả thí nghiệm được so sánh với thiết bị chuyên dụng Lab’s leaf area meter dựa trên khổ giấy A4 làm chuẩn.

Xây dựng phần mềm xác định diện tích bề mặt lá ‘Scan LeafArea’, nhóm đã thực nghiệm trên 3 loài lá cây khác nhau thuộc cây thân gỗ và so sánh với phần mềm ImageJ, kết quả khác biệt không đáng kể giữa phần mềm của tác giả với ImageJ. Khi nghiên cứu sự phát triển tán lá của Arabidopsis thaliana để phân tích diện tích tán lá, sử dụng phần mềm ImageJ V1.49 để tính diện tích tán lá nhưng không có ghi nhãn hiệu camera. Nghiên cứu sự phát triển tán lá rừng ngập mặn vùng Wallacea, vịnh Bone thuộc miền Nam Sulawesi tại Indonesia, sử dụng ImageJ để phân tích sự phát triển tán lá của rừng ngập mặn từ 1999 – 2018 từ không ảnh của vệ tinh Landsat 7 cung cấp. Kết quả xác định diện tích tán lá trên cánh đồng dựa vào hình kỹ thuật số của smartphone và sử dụng ImageJ phân tích tổng diện tích tán lá của tác giả thuộc Trường Đại học Florida cùng với việc xác định diện tích bề mặt lá trực tiếp trên cây. Ngoài ra, nhóm tác giả đã so sánh kết quả đo diện tích 100 lá hoa bia và 100 lá hồ tiêu giữa thiết bị quét ảnh chuyên dụng LI-3100C với phần mềm ImageJ, kết quả phân tích không có khác biệt đáng kể. Ngoài ra, phần mềm ImageJ được nhóm tác giả ứng dụng trong việc đo chiều cao và độ che phủ của hệ thống cây trồng trong đô thị vùng Harbin thuộc tỉnh Heilongjiang Trung Quốc. Nhóm tác giả sử dụng thước chuẩn chiều cao là 1 m và chiều ngang lòng đường theo đơn vị mét làm chuẩn. Kết quả không có sự khác biệt khi xác định chiều cao của cây.

Phần mềm ImageJ của viện Sức khỏe Hoa Kỳ cung cấp miễn phí, cập nhật liên tục và là chương trình ứng dụng được sử dụng khá phổ biến trên thế giới để nghiên cứu quá trình quang hợp, sự phát triển tán lá, độ che phủ của cây trồng... Ngoài ra, ImageJ có thể ứng dụng trong nghiên cứu vi sinh vật như đếm số lượng tế bào bán tự động, thiết lập thanh tỷ lệ trên hình ảnh tự động ...

Mục đích của nghiên cứu là xác định chiều cao hữu dụng và phù hợp khi chụp hình các ô chuẩn để tạo thuận tiện chụp hình lá và tán cây ngoài thực địa bằng iPhone 6s Plus cùng với việc xác định diện tích bằng phần mềm ImageJ. iPhone 6s Plus là thiết bị di động nhỏ gọn sẽ giúp việc thu thập dữ liệu hình ảnh dễ dàng với chất lượng tốt (1080 x 1920 pixel) tại thực địa và có thể thay thế các thiết bị quét hình chuyên dụng đắt tiền. Hình ảnh có thể phân tích trên các phần mềm khác nhau và đặc biệt là ImageJ. Tuy nhiên, kết quả xác định diện tích phải qua hai bước là chụp hình và phân tích trên ImageJ trong khi các thiết bị chuyên dụng sẽ xác định diện tích một cách trực tiếp.

Thiết bị được sử dụng là iPhone 6s Plus và ứng dụng chức năng camera – grid với mục đích là mẫu vật được chụp sẽ nằm vào khoảng trung tâm của khung hình và bề mặt của điện thoại sẽ song song với mặt phẳng mẫu vật. iPhone 6s Plus có 1 camera phía sau với độ phân giải là 8 MP, khẩu độ là f/2,2, kích thước điểm ảnh là 1,5 μ với sự hỗ trợ công nghệ đặc biệt là chống rung quang học OIS ‘optical image stabilization’ và chỉ có phiên bản iPhone 6s Plus trở lên. Nghiên cứu sử dụng phần mềm ImageJ V1.52p để xác định diện tích các ô chuẩn (màu và diện tích khác nhau), các dạng lá khác nhau và tán lá cây cúc theo từng thời điểm phát triển.

Kết quả phân tích của ImageJ tại độ cao 50 cm của các ô chuẩn màu đỏ

Ghi chú: Hình bên trái là hình các ô chuẩn màu tím và hình bên phải là ảnh kết quả phân ngưỡng với màu đỏ thể hiện vùng ảnh được ImageJ xác định là các ô chuẩn chỉ đúng đối với khu vực nền màu trắng.

Kết quả phân tích của ImageJ tại độ cao 75 cm của các ô chuẩn màu đỏ

Ghi chú: Hình bên trái là hình các ô chuẩn màu đỏ và hình bên phải là ảnh kết quả phân ngưỡng với màu đỏ thể hiện vùng ảnh được ImageJ xác định là các ô chuẩn chỉ đúng đối với khu vực nền màu trắng.

Kết quả phân tích của ImageJ tại độ cao 100 cm của các ô chuẩn màu xanh lá

Ghi chú: Hình bên trái là hình các ô chuẩn màu lá cây và hình bên phải là ảnh kết quả phân ngưỡng với màu đỏ thể hiện vùng ảnh được ImageJ xác định là các ô chuẩn chỉ đúng đối với khu vực nền màu trắng.

Kết quả thí nhiệm đã xác định iPhone 6s Plus với chức năng camera – grid, cùng với tính năng chống rung quang học OIS và phần mềm ImageJ V1.52p có độ tin cậy đạt trên 95%, hệ số biến thiên dao động từ 2,1 – 3,2% khi chụp mẫu vật có độ cao từ 25 – 125 cm với các ô chuẩn có màu tím (λ = 400 – 450 nm), màu xanh lá (λ = 495 – 570 nm) và màu đỏ (λ = 620 – 750 nm). Kết quả xác định mối tương quan với R2 là 0,9953 giữa các ô chuẩn với diện tích bề mặt của 14 dạng lá khác nhau được phân tích trên ImageJ. Sự khác biệt giữa thực nghiệm khi phân tích diện tích lá ImageJ của hình chụp iPhone 6s Plus trong nghiên cứu so với các công trình của các tác giả khác gần như tương đương nhau với giá trị R2 gần bằng nhau (R2 = 0,99). %CV trung bình đối với hình 14 dạng lá là 4,6% và hình tán lá cúc từ 1 tuần đến 8 tuần tuổi là 15,6% khi phân tích trên ImageJ. Giá iPhone 6s Plus trên thị trường ở mức trung bình và tiết kiệm ít nhất 7 lần so với máy quét chuyên dụng. Phần mềm ImageJ miễn phí, được cập nhật liên tục và phiên bản cập nhật vào ngày 13/5/2021 là V1.53j. Kết quả nghiên cứu có thể thay thế chức năng quét hình của các thiết bị chuyên dụng đắt tiền và có thể ứng dụng trong việc giảng dạy môn Sinh lí thực vật, nghiên cứu sự phát triển của thực vật, kiểm soát và đánh giá mức độ thiệt hại do dịch bệnh dựa trên việc xác định diện tích, quá trình phát triển của cây trồng trong lãnh vực canh nông khi kết hợp với thiết bị Drone và không ảnh được phân tích trên ImageJ mà các thiết bị quét hình chuyên dụng không có khả năng thực hiện. Các smartphone khác có tính năng và thông số kỹ thuật tương tự iPhone 6s Plus cùng với các phiên bản iPhone 7 trở lên có thể sử dụng trong nghiên cứu dựa trên chức năng camera – grid và OIS với chiều cao chụp mẫu vật dao động từ 25 – 125 cm. Tuy nhiên, các camera hoặc smartphone khác cần phải xác lập đường chuẩn giữa giá trị diện tích các ô chuẩn với diện tích các ô chuẩn do ImageJ đo ở các độ cao khác nhau và phải thực hiện hai bước là chụp hình sau đó chuyển hình vào ImageJ phân tích.