Xác định diện tích lá và tán lá bằng phầm mềm imagej với hình chụp của iPhone 6s Plus

- XÁC ĐỊNH DIỆN TÍCH LÁ VÀ TÁN LÁ BẰNG PHẦM MỀM IMAGEJ VỚI HÌNH CHỤP CỦA IPHONE 6S PLUS.
- Nghiên cứu xác định diện tích các ô chuẩn, diện tích bề mặt lá và tán lá bằng hình chụp của iPhone 6s Plus và đo bằng phần mềm ImageJ mà không cần sử dụng thiết bị quét lá chuyên dụng cùng với phần mềm tương ứng.
- Kết quả nghiên cứu đã xác định mức độ sai số thực tế giữa diện tích các ô chuẩn hình vuông do ImageJ tính với diện tích các ô chuẩn là 0,9%, y = 1,0005x + 0,2262 và R 2 = 0,9987.
- Ngoài ra, đề tài đã ứng dụng xác định diện tích tán lá cây cúc từ 1 tuần tuổi tới 8 tuần với kết quả diện tích tán lá tăng từ 152 ± 18 đến mm 2 .
- iPhone 6s Plus và phần mềm ImageJ có thể thực hiện xác định diện tích lá và tán lá.
- Kết quả nghiên cứu có thể hữu dụng trong nghiên cứu về sinh lí cây trồng..
- 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.
- 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 (Phạm Thị Lệ Huyền &.
- Lê Văn Trọng (2016) đã 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 (Hossain et al., 2017).
- 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 (Hariadi et al., 2018)..
- (2017) đã 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, Srikanth et al.
- (2017) đã sử dụng phần mềm ImageJ V1.49 để tính diện tích tán lá nhưng không có ghi nhãn hiệu camera.
- 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 (Agehara, 2020) 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 (Agehara et al., 2020).
- Kết quả không có sự khác biệt khi xác định chiều cao của cây..
- 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.
- 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..
- Đề tài 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..
- Vật liệu nghiên cứu là các ô chuẩn màu tím, màu xanh lá và màu đỏ với các diện tích khác nhau là và 196 cm 2 .
- Xác định sai số thực tế của các ô chuẩn với giá trị phân tích hình ảnh của ImageJ Các diện tích ô chuẩn gồm và 196 cm 2 với màu tím (λ nm), màu xanh lá cây (λ nm) và màu đỏ (λ nm) cùng với thước chuẩn sẽ được chụp tại các độ cao là và 125 cm (Muller-Linow et al., 2019).
- Xác định đường chuẩn giữa các diện tích ô chuẩn với chiều cao khác nhau (Aboukarima et al., 2017;.
- Hariadi et al., 2018) với mục dích là xác định chiều cao hữu dụng và phù hợp để chụp hình.
- Diện tích các ô chuẩn gần như tương ứng với diện tích các dạng lá trong nghiên cứu, màu các ô chuẩn sẽ đại diện cho phổ ánh sáng khả kiến (λ nm) thuộc vùng màu RGB của hai biên và vùng giữa của phổ ánh sáng khả kiến..
- Xác định diện tích bề mặt các dạng lá và tán lá cây cúc ‘Chrysanthemum sp.‘.
- Mười bốn dạng lá khác nhau và sự phát triển tán lá cây cúc ‘Chrysanthemum sp.‘ từ 1 tuần đến 8 tuần tuổi sẽ được chụp và phân tích trên ImageJ (Agehara, 2020.
- và sử dụng lệnh Image, Type, 8-bit để chuyển màu dạng RGB của hình sang dạng hình 8-bit với thang màu xám và sử dụng lệnh Threhold – Default and Red để xác định phạm vi vùng phân ngưỡng màu đỏ của lá cây trên ảnh phân tích của ImageJ.
- Lệnh Threhold – Default and Red sẽ chuyển thang màu đen thành màu đỏ để xác định phạm vi vùng phân ngưỡng màu đỏ của ImageJ (Broeke et al., 2015.
- Diện tích mẫu vật được thực hiện bởi lệnh Analyze, Tools, ROI Manager và sử dụng Wand tool xác định vị trí mẫu vật cần đo diện tích..
- độ lệch chuẩn, xác định hệ số biến thiên %CV.
- KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.
- Sử dụng phầm mềm ImageJ V1.52p để xác định diện tích các ô chuẩn, các dạng lá khác nhau và tán lá của lá cây cúc.
- Các kết quả tính diện tích được phân tích trên phần mềm thống kê Statgraphics Centurion XVII..
- Xác định sai số thực tế của các ô chuẩn với giá trị phân tích hình ảnh của ImageJ.
- màu đỏ (λ nm), các ô màu có diện tích chuẩn là và 196 cm 2 được chụp hình tại các độ cao từ camera của iPhone 6s Plus tới mẫu vật là và 125 cm.
- quả xác định diện tích trung bình và sai số thực tế các ô chuẩn khi phân tích của ImageJ được trình bày tại Bảng 1..
- Diện tích trung bình và sai số thực tế các ô chuẩn của ImageJ Diện tích các ô chuẩn (cm 2.
- Giá trị trung bình các ô chuẩn (cm 2.
- Kết quả phân tích màu của ImageJ đối với các hình chụp các ô chuẩn màu tím, màu đỏ và màu xanh lá (độ cao từ 25 đến 125 cm) với các diện tích ô.
- 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 (giấy A3)..
- 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 (giấy A3)..
- 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 (giấy A3)..
- Kết quả xác lập đường chuẩn của các giá trị diện tích trung bình của ô chuẩn ở các màu tím, xanh lá cây và đỏ được đo trên ImageJ tại các độ cao từ 25 – 125 cm là y = 1,0005x + 0,2262 với R 2 là 0,9987 và phụ thuộc vào diện tích ô chuẩn thực tế với các màu tương ứng.
- Kết quả đã cho thấy ý nghĩa của chức năng camera – grid của iPhone 6s Plus và thị trường ‘FoV (Field of View)’ của camera sẽ tuyến tính theo chiều cao chụp hình.
- Sai số trung bình thực tế là 0,9% với hệ số biến thiên dao động từ và cho phép trong thực nghiệm không cần xác định chiều cao để chụp mẫu vật dao động từ 25 cm tới 125 cm.
- Kết quả phân tích giá trị diện tích các ô chuẩn bao gồm Area 4S, Area 16S.
- Area 144S và Area 196S với giá trị diện tích trung bình được tính trên các ô chuẩn tương ứng của ImageJ (Phần mềm Statgraphics Centurion XVII không cho phép nhập liệu bằng Việt ngữ.
- Vì vậy, các ký hiệu như diện tích ô chuẩn được viết thành Area _S và diện tích đo trên ImageJ được viết thành Area_.
- Ví dụ: Area 16S là diện tích ô chuẩn là 16 cm 2 hoặc Area 16 là diện tích.
- Multiple Range Tests của Statgraphics Centurion XVII đã xác định không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê và mức độ so sánh các cặp ‘Homogeneous Groups’.
- Kết quả phân tích diện tích ô chuẩn có các màu tím, xanh lá cây và đỏ với độ cao chụp khác nhau cũng cho kết quả không có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê và các giá trị nằm trong khoảng cho phép của ‘Difference’ từ 1,73791 đến -1,73791.
- Đồ thị đường chuẩn các giá trị diện tích trung bình của ô chuẩn của các màu tím, xanh lá cây và đỏ được đo trên ImageJ được trình bày tại Hình 4..
- Đồ thị đường chuẩn các giá trị diện tích trung bình của các ô chuẩn 3.2.
- Xác định diện tích bề mặt các dạng lá.
- Đề tài đã xác định diện tích bề mặt của 14 dạng lá khác nhau và gồm lá kim, các dạng lá đơn, các.
- Kết quả được trình bày tại Bảng 2..
- Diện tích trung bình các dạng lá.
- Kiểu lá Diện tích.
- %CV Kiểu lá Diện tích.
- được phân tích trên ImageJ.
- Kết quả được trình bày tại các Hình 5, 6, 7 và 8..
- Ghi chú: Hình bên trái là hình gốc và hình bên phải là ảnh kết quả phân ngưỡng với màu đỏ thể hiện vùng ảnh được ImageJ xác định là lá..
- Hình bên trái là hình gốc và hình bên phải là ảnh kết quả phân ngưỡng với màu đỏ thể hiện vùng ảnh được ImageJ xác định là lá..
- Kiểu lá 14 dạng lá kép lông chim Ghi chú: Hình bên trái là hình gốc và hình bên phải là ảnh kết quả phân ngưỡng với màu đỏ thể hiện vùng ảnh được ImageJ xác định là lá..
- Kết quả xác định mối tương quan giữa các ô chuẩn (màu tím, màu xanh lá và màu đỏ, diện tích từ 4 – 196 cm 2 ) với diện tích bề mặt của 14 dạng lá khác nhau được phân tích trên ImageJ.
- Diện tích bề mặt lá của Bảng 2 được sắp xếp lại theo giá trị từ.
- nhỏ tới lớn và gộp các giá trị để tương đương với diện tích ô chuẩn.
- Diện tích trung bình gộp của các kiểu lá bao gồm kiểu lá và kiểu lá 1B, 8.
- Kết quả được trình bày tại Bảng 3 và Hình 9..
- Diện tích trung bình các kiểu lá được gộp chung và diện tích các ô chuẩn tương ứng.
- Diện tích lá.
- (cm Diện tích trung bình kiểu lá.
- Diện tích ô chuẩn.
- Mối tương quan giữa diện tích lá với diện tích ô chuẩn Kết quả đã xác lập đường chuẩn y = 0,9902x.
- (2019) đã sử dụng 16 ô chuẩn được sơn màu đen nhưng không nêu diện tích của ô chuẩn và xác định diện tích 67 lá của 14 loài thực vật khác nhau.
- Nhóm tác giả đã xác lập được đồ thị đường chuẩn giữa diện tích các ô chuẩn với diện tích bề lá với R 2 là 0,9963 khi phân tích trên ImageJ.
- (2020) đã thiết lập đường chuẩn của diện tích 100 lá hoa bia và 100 lá hồ tiêu giữa phần mềm ImageJ với thiết bị quét chuyên dụng LI-3100C.
- Xác định tán lá cây cúc ‘Chrysanthemum sp.’ từ 1 tuần tuổi đến 8 tuần tuổi Đề tài được khảo sát từ ngày 20/8/2019 đến ngày 11/12/2019.
- Kết quả xác định diện tích tán lá cây cúc từ 1 tuần đến 8 tuần tuổi với %CV trung bình là 15,6% và được trình bày tại Bảng 4 và Hình 10..
- Diện tích tán lá cây cúc ‘Chrysanthemum sp.’ từ 1 tuần tuổi đến 8 tuần tuổi Tuổi cây.
- Diện tích tán lá (mm 2.
- Kết quả các hình tán lá được chụp bằng iPhone 6s Plus và phân tích trên ImageJ được trình bày tại các Hình và 16..
- (2017) khi nghiên cứu sự phát triển tán lá của Arabidopsis thaliana bằng hình kỹ thuật số nhưng không có ghi nhãn hiệu camera và sử dụng phần mềm ImageJ V1.49 để tính diện tích tán.
- Kết quả phân tích đã xác định %CV trung bình là 18,6%.
- Mohamed et al (2020) đã nghiên cứu chỉ số diện tích bề mặt lá (LAI) trên cây cà chua và sử dụng ImageJ để tính diện bề mặt lá nhưng không đề cặp tới nhãn hiệu camera, nhóm tác giả sử dụng thước chuẩn hoặc ô chuẩn để quy chuẩn về diện tích bề mặt lá.
- Kết quả của nhóm tác giả đã xác định mức sai số khá nhỏ là 2,9%..
- Ghi chú: Hình bên trái là hình gốc và hình bên phải là ảnh kết quả phân ngưỡng với màu đỏ thể hiện vùng ảnh được ImageJ xác định là tán lá..
- 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 khi chụp mẫu vật có độ cao từ 25.
- 125 cm với các ô chuẩn có màu tím (λ nm), màu xanh lá (λ nm) và màu đỏ (λ.
- Kết quả xác định mối tương quan với R 2 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.
- 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.
- 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..
- Đánh giá khả năng mô phỏng chỉ số diện tích lá