Nhóm nghiên cứu đã sử dụng công nghệ dựa trên ánh sáng được triển khai trong phân tích thực vật và mỹ phẩm để thu được hình ảnh của hạt giống. Sau đó, họ chuyển sang dùng máy để tự động hóa quá trình giải đoán hình ảnh, giúp giảm thiểu một số khó khăn của các phương pháp thông thường. Ví dụ, đối với phân loại hạt, công nghệ hình ảnh quang học có thể được áp dụng cho toàn bộ lô hạt thay vì chỉ các mẫu, như điều kiện hiện tại. Hơn nữa, kỹ thuật này không xâm lấn và không phá hủy các sản phẩm được phân tích hoặc thất thoát trong quá trình sử dụng mẫu.
Các kỹ thuật dựa trên ánh sáng bao gồm huỳnh quang chất diệp lục và hình ảnh đa mặt. Trong số các loại cây có liên quan, các nhà nghiên cứu đã chọn cà chua và cà rốt được sản xuất ở các mùa vụ khác nhau và tuân theo các điều kiện bảo quản khác nhau. Họ sử dụng hạt giống của các giống cà chua thương mại Gaucho và Tyna được sản xuất ở Brazil và Mỹ và hạt của các giống cà rốt Brasilia và Francine được sản xuất ở Brazil, Ý, Chile để thực hiện nghiên cứu. Sự lựa chọn này dựa trên tầm quan trọng về kinh tế của những loại cây thực phẩm này, cũng như nhu cầu của thế giới tăng lên và những khó khăn mà người trồng phải đối mặt trong việc thu hái hạt giống. Ở cả cà chua và cà rốt, quá trình chín không đồng đều do cây ra hoa liên tục và sản xuất hạt không đồng bộ, do đó các lô hạt có thể chứa hỗn hợp hạt chưa trưởng thành và hạt trưởng thành. Sự hiện diện của các hạt chưa trưởng thành không dễ dàng được phát hiện bằng các phương pháp trực quan và các kỹ thuật dựa trên con mắt của máy có thể giảm thiểu vấn đề này.
Các nhà nghiên cứu đã so sánh kết quả phân tích (không gây phá hủy) của họ với kết quả của các bài kiểm tra độ nảy mầm và sức sống truyền thống, vốn có tính phá hủy, tốn thời gian và công sức. Trong thử nghiệm nảy mầm, các nhà phân tích hạt giống tách các mẫu, gieo chúng để nảy mầm trong điều kiện nhiệt độ, nước và ôxy thuận lợi, và xác minh số lượng cây giống bình thường cuối cùng được sản xuất theo các quy tắc do Bộ Nông nghiệp thiết lập. Các bài kiểm tra rất phức tạp, phổ biến nhất là dựa trên phản ứng của hạt giống với các điều kiện bất thuận và các thông số phát triển của cây con.
Bên cạnh những khó khăn đã nêu, các phương pháp truyền thống rất tốn thời gian. Ví dụ, trong trường hợp cà chua và cà rốt, có thể mất đến 2 tuần để thu được kết quả, điều này cũng phần lớn là do chủ quan, tùy thuộc vào cách giải thích của nhà phân tích.
Theo các nhà khoa học, chất diệp lục có trong hạt, nơi nó cung cấp năng lượng để dự trữ các chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển (lipid, protein và carbohydrate). Khi nó đã hoàn thành chức năng này, chất diệp lục sẽ bị phá vỡ. Các nhà khoa học cho rằng, nếu hạt không hoàn thành quá trình trưởng thành, chất diệp lục này vẫn còn bên trong nó. Chất diệp lục còn sót lại càng ít, quá trình trưởng thành càng nâng cao và chất lượng dinh dưỡng trong hạt càng nhiều. Nếu có nhiều chất diệp lục, hạt giống chưa trưởng thành và kém chất lượng. Khi đó, nếu ánh sáng ở một bước sóng cụ thể được chiếu vào chất diệp lục trong hạt, nó sẽ không truyền năng lượng này sang phân tử khác mà thay vào đó, lại phát ra ánh sáng ở bước sóng khác, nghĩa là nó phát huỳnh quang. Huỳnh quang này có thể được đo lường. Ánh sáng đỏ có thể được sử dụng để kích thích chất diệp lục và bắt huỳnh quang bằng cách sử dụng một thiết bị chuyển nó thành tín hiệu điện, tạo ra hình ảnh bao gồm các pixel màu xám, đen và trắng. Các khu vực sáng hơn tương ứng với mức độ cao hơn của chất diệp lục, chứng tỏ hạt chưa trưởng thành và không có khả năng nảy mầm.
Để phân tích chất lượng hạt giống dựa trên độ phản xạ, các nhà nghiên cứu đã sử dụng 19 bước sóng và so sánh kết quả với dữ liệu đánh giá chất lượng thu được bằng các phương pháp truyền thống. Kết quả tốt nhất thu được khi sử dụng tia hồng ngoại gần trong trường hợp hạt cà rốt và tia UV trong trường hợp hạt cà chua. Hạt chứa protein, lipid và đường hấp thụ một phần ánh sáng do đèn LED phát ra và phản xạ phần còn lại. Ánh sáng phản xạ được chụp bởi máy ảnh đa chiều và hình ảnh thu được sẽ được xử lý để tách các hạt ra khỏi giá đỡ trong thiết bị, tương ứng với các điểm ảnh màu đen có giá trị bằng 0, trong khi các hạt có thang màu xám. Giá trị của các pixel trong hình ảnh của hạt tương ứng với thành phần hóa học của nó.
Tiếp theo, một thuật toán xác định bước sóng thu được kết quả tốt nhất được thực hiện. Quá trình này cung cấp thông tin về thành phần hóa học của hạt, từ đó có thể suy ra chất lượng của nó. Đối với các nhà nghiên cứu, nó vẫn chưa đủ để đạt đến giai đoạn hình ảnh, vì đây vẫn là một hoạt động đòi hỏi sự quan sát của con người. Do vậy, các nhà nghiên cứu đã triển khai phương pháp đo hóa học, một tập hợp các phương pháp thống kê và toán học được sử dụng để phân loại vật liệu về mặt hóa học. Ý tưởng là thiết bị nên phân loại chất lượng dựa trên hình ảnh mà nó chụp được. Các phương pháp được các nhà khoa học sử dụng trong nghiên cứu này được sử dụng rộng rãi trong y học và công nghiệp thực phẩm. Kết quả cho thấy, độ chính xác phân loại chất lượng dao động từ 86 đến 95% đối với hạt cà chua và từ 88 đến 97% đối với hạt cà rốt.
Hai kỹ thuật chính đều chính xác và tiết kiệm thời gian, cho tốc độ chụp ảnh. Thiết bị huỳnh quang diệp lục ghi lại một hình ảnh/giây, trong khi máy phân tích hình ảnh đa quang diện xử lý 19 hình ảnh trong 5 giây.
Phương pháp huỳnh quang diệp lục và chụp ảnh đa chiều là những kỹ thuật hiệu quả để sàng lọc giống cây trồng, một phần thiết yếu của việc đánh giá lô hạt giống để tránh thiệt hại về kinh tế. Nghiên cứu đã tạo ra những kết quả mới về việc sử dụng huỳnh quang để sàng lọc các giống cây trồng. Để chuyển kết quả nghiên cứu thu được sang lĩnh vực sản xuất cần các công ty phát triển thiết bị để bán cho các nhà sản xuất hạt giống.
Lê Thị Kim Loan (IASVN)