Мультиспектральная камера своими руками

Камеры и другие сенсоры беспилотников

Камеры и другие сенсоры беспилотников — Компоненты беспилотников — Компоненты роботов

На беспилотники устанавливают различные цифровые камеры, наиболее распространенный сценарий — установка камер RGB или мультиспектральных (термо-) камер.

Примеры компаний и продуктов

создание бортового оборудования и полезных нагрузок (спектрометров, камер, датчиков).

FLIR

DUO — бюджетный тепловизор Flir Duo @9fps, $999,99, анонсирован, в январе 2017 года. Совмещен с камерой 1080p@60fps

DUO R — бюджетный тепловизор Flir Duo R, $1299,99, анонсирован в январе 2017 года. Позволяет определять температуру каждого элемента изображения.

FLIR Duo Pro R640 / Мультиспектральная

13 мм термальная (7.5 — 13.5 μm), 425 г, 6.5-320 см/пикс (термо) и 1.3-66 см/пикс (видимый)

Hitachi

Hitachi DI-SC233

HD видео камера 1080p@60fps Hitachi DI-SC233 HD@60 fps; 30x оптический зум, Full HD 1920×1080 видео, электронная стабилизация изображения Hitachi EIS

iMAR Navigation GmbH

iCORUS, iMAR Navigation GmbH

гравиметр. 7 кг. Предназначен для проведения гравиоразведки с БЛА.

MicaSense

Parrot

Sequoia

мультиспектральная камера Parrot Sequoia 16 Мпикс RGB, 1 кадр в секунду, самокалибровка
Критики этой камеры омечают, что у нее иногда от вибрации отваливается разъем в DKS, что много проблемных камер, что в работе она интенсивно нагревается и может отключаться или перезагружаться. Нередко возникает необходимость замены сенсора освещенности.

Sentera, США

Sentera NDVI Single, Sentera, США

2016.05.16 Для DJI выпустили сенсор мониторинга посевов. Американская компания Sentera, разработчик ПО и аппаратуры для БЛА, на днях представила сенсор Sentera NDVI Single для коптера DJI Phantom 4. Легкий высокоточный сенсор подвешивается на Phantom 4 и позволяет использовать дрон для мониторинга сельхозугодий. Основная камера беспилотника при этом не подвергается каким-либо модификациям и сохраняет полную функциональность. Данные с Sentera NDVI Single дополняют визуальный поток. Сенсор работает с ПО Sentera AgVault Software, позволяющим фермерам получать детализированную информацию о здоровье и состоянии посевов.

Sentera Multispectral Double 4K, Sentera, США / Мультиспектральная

2017.05.06 Sentera оснащает потребительские БЛА высокоточными сенсорами для мониторинга полей. #сельскоехозяйствоибеспилотники #сенсорыбеспилотников #компонентыбеспилотников #NDVI

Sony

Sony QX1 / RGB

RGB, 20 мпикс, 20 мм линзы, APS-C сенсор, 330 г, 14-53 см/пикс

Sony QX1 / RGB

RGB, 20 мпикс, 15 мм линзы Voigtländer; APS-C сенсор, 600 г, 14-70 см/пикс

Sony RX1RII / RGB

RGB, 42 мпикс, 35 мм линза, 575 г, 0.7-31 см/пикс

Источник

Приобрели дрон и мультиспектральную камеру — что с этим делать?

Каждый фермер нацелен на получение прибыли. Финансовая успешность агробизнеса зависит от урожайности. Инновации направлены именно на то, чтобы увеличить урожайность, минимизировав расходы.

Несмотря на то, что в Украине насчитывается более 45 тыс. фермерских хозяйств, всего 10% из них используют в своей деятельности инновационные технологии.

Среди инновационных решений аграрии часто обращают внимание на дроны с мультиспектральными камерами. Но как эффективно использовать такое решение?

Задания, которые решают дроны с мультиспектральными камерами

Дроны выполняют много функций на агропредприятиях — их могут использовать для противодействия мошенничеству службой безопасности или для внесения СЗР. Однако наибольшую эффективность на сегодня эти технологии принесут, осуществляя агромониторинг полей.

Проведя облет и съемку мультиспектральной камерой, аграрий может обработать информацию с помощью специальных платформ. И получить следующие результаты:

• определять плотность растительности;
• выявлять наличие сорняков;
• создавать стресс карты;
• определять степень вегетации,
• определять потенциал урожайности;
• определять индексы GNDVI, RNDVI, Red Edge NDVI.

Какой дрон выбрать аграрию?

Количество моделей дронов и их разновидностей достаточно велико. По состоянию на 2018 год в Украине самыми популярными стали следующие модели дронов для фермерства: Phantom 4 Advanced, Phantom 4Pro v2.0. и новинка Phantom 4 RTK — совместная разработка компаний DJI и Leica Geosystems.

Phantom 4 RTK позволяет проводить обмер полей с высокой точностью за счет применения RTK-режима. Именно для этой серии дронов была разработана новая подписка на RTK сигнал, Drone RTK, которая предоставлялась через сеть базовых станций SystemNet и поддерживается DroneUA.

Еще один дрон, который имеет перспективу для сельского хозяйства, — Mavic 2 Zoom. Это раскладной коптер с установленной на борту камерой с оптическим увеличением для мониторинга полей. В версии Enterprise есть возможность установки спектральных камер с помощью переходников.

В 2019 году на украинском рынке появился еще один дрон, который потенциально может стать хитом продаж, — это БПЛА с технологией вертикального взлета Trinity F9 немецкой компании Quantum systems.

Этот дрон может совершить облет 500 га за один вылет. Заряда батареи хватает на 60 мин., Trinity F9 может отдалиться на 7,5 км. Развивает скорость до 60 км/ч, но оптимальная — 33 км/ч. Официальный дистрибьютор в Украине — компания SmartDrones .

Выбирая себе дрон, аграрий должен обратить внимание на наличие документов, удостоверяющих качество продукции. Продукция должна сопровождаться сертификатом качества, сертификатом соответствия, декларацией соответствия, санитарно-эпидемиологическим заключением, протоколом испытаний.

Обслуживание, хранение дронов проводится в соответствии с паспортами, входящими в комплект.

Мультиспектральные камеры

Комплектуя дрон мультиспектральных камерой, аграрий получает комплекс для мониторинга полей. Выбор мультиспектральной камеры в первую очередь зависит от массо-габаритных показателей и возможности штатно подвешивать ее на дрон. По отзывам пользователей не только в Украине, но и за рубежом, самыми популярными камерами для мультиспектральной съемки являются Micasense RedEdge-M, SLANTRANGE и Parrot SEQUOJA.

Управление дроном

Если говорить о программных продуктах для управления полетом, рекомендуется использовать только лицензионные программы.

Управление дроном происходит через ручное управление. Оно обеспечивается с помощью радио-модема, который через антенну с наземной станции управления (а именно пульта управления) получает сигнал с заданными параметрами движения (скорость и углы) и транслирует их на полетный контроллер.

Необходимыми составляющими комплекса наземной станции управления являются персональный компьютер с выходом в Интернет или с 4G-модемом для автономного управления дроном и пульт управления (или планшет или мобильное устройство) — для дистанционно-ручного. С помощью персонального компьютера выполняется обработка видео с дрона, распознавание препятствий и других объектов наблюдения, а также корректировка маршрута полета.

Управлять дроном можно, используя специальные приложения. Программа позволяет планировать сложные полетные задания с помощью нескольких кликов. В заданных точках маршрута приложение автоматически сделает фотографии для получения точных карт местности или проведет видеосъемку по указанному маршруту.

Также эти программы имеют функции, которые не позволят БПЛА летать выше и быстрее запрограммированных параметров, тем самым повышая безопасность полета и облегчая процесс управления дроном.

Анализ информации с дронов

Дрон, облетая территорию, собирает информацию в виде снимков или видеосъемки с камер. Мультиспектральные снимки с помощью специализированного программного обеспечения сшиваются и анализируются.

Есть инновационные платформы, где всеми необходимыми для анализа инструментами можно одновременно пользоваться с единой панели управления. На экране монитора информация отображается в виде разноцветных слоев на карте ГИС: здесь и данные датчиков и состояния развития растений, и засоренность отдельных территорий, и поражения вредителями, и прогноз погоды, и текущие задачи, и скаутские проверки, и спутниковые снимки с различными индексами вегетации: NDVI, ENDVI, GNDVI, OSAVI, ARI, SIWSI, WDRVI, VARI700 и т.п.

В Украине уже также доступны подобные платформы, позволяющие проводить аналитические исследования, — в частности HummingbirdTech.

Платформа использует уникальные алгоритмы машинного обучения и искусственного интеллекта для обработки снимков спутников и БПЛА. Пользователь получает информацию в виде широкого перечня векторных карт с функцией просмотра на панели. Информация в форме shapefile, которая привязана к системе координат. Это значительно облегчает выполнение дифференциального внесения удобрений, СЗР или десикантов. Технологическая схема работы платформы показана на рис. 2.

Решение платформы Hummingbird

Платформа Hummingbird — это не просто программа для анализа, это интегрированная система, которая вместе с Pix4Dengine выполняет автоматическую загрузку, обработку, показ мультиспектральных и RGB изображений. Программа Pix4D выполняет фотограмметрические работы по ориентации массива снимков в соответствующей системе координат, сшивание десятков тысяч аэрофотографий для дальнейшей обработки в программе Hummingbird Technologies.

Алгоритмы искусственного интеллекта и машинное обучение используются для идентификации и составления фотографий. Это помогает создать карту поля и выявить проблемные участки.

Информация, предоставляемая платформой Hummingbird Technologies

Дроны, оборудованные мультиспектральными камерами, проводят необходимое количество облетов на разных стадиях развития растений. Сроки индивидуальны для каждой культуры, по которой ведется наблюдение. Они определяются с учетом особенностей развития. Съемка производится с высоты 220 м. После этого анализ снимков выполняется автоматически и предоставляется в виде карт с разрешением 15 см/пиксель.

Платформа применяет собственные уникальные алгоритмы, которые обрабатывают снимки и рассчитывают вегетационные индексы. На основе анализа индексов строятся векторные карты.

Решение от Hummingbird позволяет получить следующие данные:

Индекс NDVI.

По такой карте проводится оценка вегетации растения:

Выявляется неоднородность посевов, оценивается количество растительной массы, определяются проблемные участки поля.

Индекс NDVI поможет установить причины негативного состояния посевов: сорняки, засуха, поверхностное уплотнение почвы, проблемы при посеве. Также это позволит определить способы устранения или минимизации негативных факторов.

Карта неоднородности посевов. Эта карта позволяет выявить участки с замедленным или слишком быстрым ростом вегетационной массы растений. Для установления причин ситуации нужны полевые исследования проблемных участков. Среди причин могут быть:

Своевременное реагирование поможет увеличить урожай.

Индекс листовой поверхности (GAI). Помогает определить проблемные участки и установить нормы внесения азота и регуляторов роста растений.

Рассчитывается только для рапса, позволяет создать программу внесения азотных удобрений на заданную урожайность на весь сезон, а также дифференцированно вносить регуляторы роста растений:

• перед зимовкой для нивелирования риска полегания;
• перед цветением для достижения максимального урожая.

Индекс листовой поверхности (GAI)

Карта площади растительного покрова. Показатель позволяет оценить состояние культуры, определить участки замедленного роста, помогает оценить потенциальную урожайность.

Данные могут быть использованы при планировании орошения и определении целесообразности обработки гербицидами.

Карта-задание на дифференцированное внесение азота на основании NDVI или GAI. Определяет участки с низким содержанием азота в листьях, которые нуждаются в обработке регуляторами роста. Помогает оптимизировать объемы азотных удобрений, которые вносятся. Это позволит повысить урожайность, оптимизировав расходы.

Карта-задание на дифференцированное внесение азота

Карта риска полегания растений. Определяет участки поля, на которых растения развиваются быстрее, и возникает риск их полегания. На основе этой информации определяются дозы регуляторов роста или выделяются участки, требующие дальнейшего ухода.

Карта-задание на дифференцированное внесение регуляторов роста. Данный инструмент позволяет избежать избыточного или недостаточного опрыскивания, определив при этом проблемные участки. Нормы внесения определяются согласно индивидуальным потребностям на отдельных участках поля.

По сравнению с традиционным комплексным этот подход позволяет повысить эффективность путем экономии на регуляторах роста и эксплуатационных затратах, не уменьшив при этом будущий урожай.

Карта-задание на дифференцированную десикацию. Определяет проблемные участки, на которых созревание культуры не завершено. По карте точечно вносится десикант. Кроме того, что растения подсушиваются, поля освобождаются от многолетних сорняков.

Использование дронов поможет аграрию эффективно проводить агромониторинг и разрабатывать карты-задания на дифференцированное внесение СЗР и удобрений. Но это при условии, что для обработки собранной информации используются специализированные платформы.

Источник

Виды и применение спектральной съёмки

Виды и применение спектральной съёмки

Использование спектральной съемки — новшество для сельского хозяйства. Съёмка показывает максимально точную и детализированную информацию о том, как выглядит поле.

Каждый сезон фермеры теряют прибыль из-за отсутствия или неточных данных о состоянии на полях.
Спектральная съёмка позволит сократить потери.

Оперативный поиск зараженных растений

Анализ спектральных данных помогает определить зараженные участки или же вредителей, чтобы в дальнейшем они не распространялись.

Качественное определение почвы на полях

Применение спектральных данных помогает составить карты качества почв, что может понадобиться в дальнейшей организации внесения удобрений.

Оптимизация опрыскивания полей

При аэрофотосъемке, полученные данные используют для оптимизации внесения СЗР и работу техники, при условии комплексной оценки состояния растительности на основе полученных изображений и рассчитанных вегетационных индексов.

Прогнозирование урожая

С помощью спектральной съемки рассчитывают и определяют зрелость, а также урожайность.

Технология

Мультиспектральные камеры

На БПЛА возможно установить два типа камер: модифицированные или мультиспектральные.

Модифицированная камера отличается измененной линзой, которая фиксирует отражение в ближней инфракрасной области спектра. Такие камеры более доступны, но качество данных не такое точное.

В мультиспектральной камере возможное количество линз доходит до 12. Каждая из них воспринимает излучение в узкой области спектра, что позволяет получать более точные данные. Так возможно получать больше изображений и точнее рассчитвать индексы.

Parrot Sequoia

Зелёный: 530-570 нм

Красный: 640-680 нм

Ближний ИК: 770-810 нм

Пространственное разрешение снимков:

MicaSense RedEdge

Синий: 475-495 нм

Зелёный: 560-580 нм

Красный: 668-678 нм

Ближний ИК: 717-727 нм

Пространственное разрешение снимков:

Гиперспектральные камеры

Количество спектральных каналов > 100

Разрешение спектральных каналов — 2-4 нм

Пространственное разрешение снимков Resonon Pika L

Спектральный диапазон: 400-1000 нм

Количество каналов: 185

Пространственное разрешение снимков:

Cubert S185 FireFly

Количество каналов: 125

Пространственное разрешение снимков:

Сравнение спектральных камер

Мультиспектральные камеры — от 4 до 30 спектральных каналов, данные спектра прерывистые

Гиперспектральные камеры — более 100 спектральных каналов, данные спектра непрерывные

Анализ данных

При спектральной съемке формируются одновременно несколько изображений одной и той же территории в различных зонах спектра электромагнитного излучения.

Ключевую роль играет аналитика этих данных. Различные комбинации спектральных изображений позволяют выявить процессы и явления, которые сложно или невозможно определить на снимке в видимом спектре.

Нормализованный индекс биомассы

Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) — позволяет проводить качественную и количественную оценку объема биомассы, оценивать интенсивности вегетации растений.

Улучшенный Нормализованный индекс биомассы

Enhanced Normalized Difference Vegetation Index (ENVI) — подобно NDVI, но используется также и часть видимого спектра для более эффективного показания состояния здоровья растений.

Зеленый нормализованный индекс биомассы

Green Normalized Difference Vegetation Index (GNDVI) — позволяет оценить содержание хлорофилла, степень старения, наличия стресса у растения. Полезно использовать на поздней стадии роста для определения начала сбора урожая.

Дифференцированный вегетационный индекс

Difference Vegetation Index (DVI) — позволяет определить области затемнения, застоя воды, почвы и растительности.

Автоматический анализ данных

Pix4 AD

Pix4D Capture

Выводы:

Информативность

Спектральная съёмка даёт много полезной информации о состоянии полей.

Изучение и анализ этой информации может привести к значительному увеличению урожая.

Развитие рынка

По прогнозам аналитиков компании IDTechEx дроны станут максимально востребованы в сельском хозяйстве и рынок сбыта к 2026 году достигнет $485 млн. Больше каналов — значит больше информации.

Существуют мульти и гиперспектральные камеры. Гиперспектральные камеры дороже, но в них больше каналов и выше точность

Постоянный мониторинг полей беспилотниками с использованием спектральных камер приводит к увеличению урожая и прибыли.

Спектральные камеры делают беспилотные технологии максимально информативными и значительно расширяют их спектр применения. Использование БПЛА в сельском хозяйстве уже активно развиваться и нет никаких сомнений, что в скором времени эти технологии будут внедрены в производство.

Источник