无人机高光谱实现作物精确定位、判别大小和健康程度

来源:走近无人机 时间:2017-12-04 分享至:
[宇辰导读]无人机在农业上的另一个具体应用——农业监测工作。

高光谱遥感是高光谱分辨率遥感(Hyperspectral Remote Sensing)的简称。它是在电磁波谱的可见光,近红外,中红外和热红外波段范围内,获取许多非常窄的光谱连续的影像数据的技术。

近年来,由于越来越多科研和生产力量的投入,无人机研产加速,消费级市场的不断开拓创新,也使得无人机被越来越多的人熟知,同时被更多行业市场认可。作为飞行平台,无人机可以搭载多种设备,应用到各行各业,这也决定了它对各种行业应用的都具有较高可适性。

不管是农村劳动力的缺失还是土地集约政策的引导,农业发展对进一步机械化都有了更高的要求,因此市场供需搭桥,“无人机应用到农业上”就成了企业和市场磨合的焦点。

经过一段时期的市场实践检验,无人机农业应用于病虫灾害防护工作已经是很多人熟知的了,植保无人机也被更多的人称为“喷药无人机”。可是,无人机应用于植保显然不是只能用作药剂喷施,它还应用于哪些方面呢?接下来我们就来说一说它在农业上的另一个具体应用——农业监测工作。

农业监测主要包括有:病虫监测、灌溉情况监测及农作物生长情况监测等,此外,灾害发生后,也可以用于评估灾害状态。

在无人机作为监测之用时,无人机搭载高光谱遥感(光谱相机)设备,利用以遥感技术为主的空间信息技术——通过对大面积农田、土地进行航拍,根据拍摄资料等了解到作物生长情况、作物生长管理过程中灌溉情况、甚至肉眼无法发现的病虫害、细菌侵袭等状态,尤其对于大地块的管理,无人机遥感监测可以实时且高效地进行一系列监测,方便农田管理者进行精准管理。

高光谱遥感具有光谱分辨率高、波段范围窄、图谱合一、连续成像等特点,能够区分出地物光谱的细微差别,探测到其他宽波段遥感无法探测的信息。

以南京某高校的实验基地为例,利用四川双利合谱科技有限公司自主研发的GaiaSky-mini2获取实验基地树木的高光谱影像数据,然后利用第三方软件进行分析,快速获取树木的位置、大小及健康程度。

1、无人机高光谱影像

图1为利用无人机高光谱相机GaiaSky -mini2获取的树木的高光谱影像数据及树木的典型光谱曲线,无人机飞行高度为150米,图像分辨率为1920*1456,空间分辨率为0.04m,光谱分辨率为3nm。

 无人机高光谱影像(真彩色RGB)和树木光谱/图 来源网络

 无人机高光谱影像(真彩色RGB)和树木光谱/图 来源网络

2.作物计数

作物计数(Crop Count)工具的输入栅格要求为高分辨率的单波段(例如NDVI、GRVI等)图像。本工具可以对作物进行定位和计数。输出结果为ENVI分类图像,圆环形状,如图2所示。

根据NDVI灰度图对作物进行定位/图 来源网络

3、识别作物缺口

利用植被指数定位作物位置时,有可能存在一定的误差,因此可以通过Five Crops Gaps去识别作物缺口,从而提高识别的定位精度,如图3所示。

 利用five crops gaps识别作物缺口/图 来源网络

4、定位作物长势监测

作物指数统计工具可以统计每株作物的指标,需要输入单波段图像(如NDVI、EVI或者GNDVI等)和Crop Count工具输出的json文件。输出结果可选分类效果图,其则结果在一定程度上反应了作物的健康程度,如图4所示。

 定位作物长势监测/图 来源网络

5、逐行作物识别并去除异物

利用Find Rows and Remove Outliers工具识别一个区域内逐行排序的作物,并移除杂草、野草等异物。

温馨提示:无人机高光谱实现作物精确定位、判别作物大小和健康程度,需要保证高光谱影像的光谱准确性以及较高的图像分辨率(某些外国品牌的高光谱图像则无法实现该功能)。




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