Сельское хозяйство - это испытательный полигон для быстро развивающихся технологий с использованием беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) и методов обработки изображений, которые быстро становятся незаменимыми инструментами для эффективного точного земледелия и фенотипирования растений (оценка наблюдаемых свойств растений). Используя аэрофотоснимки, полученные с помощью мультиспектральных камер, установленных на БПЛА, эксперты могут быстро получить полезную информацию, такую как высота растений, содержание хлорофилла и азота, а также наличие и степень болезней растений.

Однако, несмотря на огромный потенциал применения БПЛА, существуют некоторые проблемы, ограничивающие их эффективность и точность. Как устройства, которые используют небольшие батареи в качестве источника энергии, беспилотные летательные аппараты имеют довольно низкую автономность, а время, затрачиваемое на подзарядку или замену батарей, может серьезно препятствовать передаче их данных для достаточно больших полей. В настоящее время эта проблема может быть решена только либо за счет пространственного разрешения, либо качества трехмерной реконструкции целевой поверхности. 

Чтобы решить эту проблему, команда «UMT CAPTE» из «INRAE» и «HIPHEN», Франция, разработала новую стратегию получения изображений. Как описано в статье, опубликованной в »Plant Phenomics» , их подход заключается в использовании (как минимум) двух камер с разными фокусными расстояниями, установленных на одном и том же БПЛА. Используя подходящие алгоритмы обработки изображений, исследователям удалось совместить (выровнять и настроить) изображения из разных спектральных диапазонов, в том числе снятые с использованием разных фокусных расстояний и под немного разными углами. В свою очередь, это позволило им создать плотное трехмерное точечное облако почвы и культур, которое они затем использовали для создания «ортографического изображения» (аэрофотоснимка, геометрически скорректированного для одного масштаба) всего поля и определения высоты растений.

Основных преимуществ использования этой «двухполосной конфигурации» с двумя разными фокусными расстояниями множество. Во-первых, количество изображений, требуемых для покрытия всей целевой области при заданном минимальном пространственном разрешении и заранее определенном наложении, по сути, сокращается вдвое. Таким образом, не только время полета, но и время обработки сокращается как минимум в 2 раза. Кроме того, экспериментальные результаты показали, что подход с двойной полосой обзора лучше подходит для «географической привязки» внутренних координат аэрофотоснимка и соответствующих координат в физическом пространстве. 

Наконец, это конкретное исследование также дало ценную информацию о том, как мультиспектральные камеры могут быть эффективно использованы для расчета высоты растений, а также о важности качества точечных облаков для этой цели.

Этот подход был успешно применен с использованием коммерчески доступной мультиспектральной камеры «Airphen» в нескольких исследовательских и промышленных проектах по фенотипированию и точному земледелию. Благодаря этим разработкам д-р Ли и ее коллеги из «INRAE» и «HIPHEN» надеются на будущее беспилотных летательных аппаратов в точном земледелии и на ту роль, которую может сыграть их стратегия. »Повышение эффективности полета при сохранении хорошей точности является важным вопросом, как в исследовательской, так и в промышленной областях. Предлагаемая конфигурация с двумя полосами захвата предлагает потенциальные направления по проектированию будущих камер и траекторий полета, а также упрощению обработки данных».

Исследователи надеются, что дальнейшее совершенствование этой техники откроет светлое будущее для точного земледелия и фенотипирования растений с воздуха.

Перевод с английского

Источник - https://phys.org/news/2021-12-eyes-strategy-precision-agriculture.html