Trabajo de fotogrametría y calculo NVDI para agricultura de precisión con Yuneec Q500 4K


 

La fotogrametría es una técnica para determinar las propiedades geométricas de los objetos y las situaciones espaciales a partir de imágenes fotográficas.

El concepto de fotogrametría es: “medir sobre fotos”. Si trabajamos con una foto podemos obtener información en primera instancia de la geometría del objeto, es decir,  información bidimensional.

Si trabajamos con dos fotos, en la zona común a éstas (zona de solape), podremos tener visión estereoscópica o dicho de otro modo, información tridimensional.

Básicamente, es una técnica de medición de coordenadas 3D, que utiliza fotografías u otros sistemas de percepción remota junto con puntos de referencia topográficos sobre el terreno, como medio fundamental para la medición.

La fotogrametría aérea, se ha realizado habitualmente desde aviones tripulados con un coste y unos requisitos técnicos muy elevados. Sigue siendo imprescindible todavía para determinados trabajos por alturas de vuelo, y superficies a medir. (p.ej. Provincias completas para PNOA, etc).

La aparición de los RPAS (SARP – DRONES), ha propiciado la reducción de costes de toma de datos de forma muy considerable, y se ha demostrado que son muy útiles y con unas precisiones y resultados muy buenos para superficies “relativamente pequeñas”.

Para este trabajo hemos usado dos programas, el Missión Planner y el Agisoft PhotoScan

1 Missión Planner:

Vídeo tutorial

 

Con él diseñamos nuestro perfil de vuelo de manera rápida y fácil introduciendo el área a estudiar, altura de vuelo, velocidad de vuelo y nuestro modelo de cámara (o simplemente una foto).También hay que definir el solape entre fotos (por lo menos del 80%) Nos va a indicar el recorrido a seguir, el número de fotos a tomar, cada cuánto tiempo hay que tomar una foto y el tiempo que vamos a tardar en hacer el vuelo.

Programamos la cámara para que dispare cada x segundos, según nos indicó el Mission Planner. Yo tengo una GoPro Hero4 Silver a la que he cambiado la lente por una de 5.4 mm IR CUT sin distorsión de ojo de pez.

Si quieres saber como se hace: https://www.youtube.com/watch?v=MCn8f0VwsjY

Colocamos unas dianas (unas 10 aproximadamente) en la zona a estudiar. Con un GPS (cuanto más preciso mejor, centimétrico si nos lo podemos permitir) o con una estación total tomamos las coordenadas de estos puntos.

Hacemos el vuelo sacando las fotos con orientación cenital de la cámara. En el caso de estar modelando un edificio (Iglesia por ejemplo) podemos cambiar la orientación de la cámara a oblícuo e ir sacando fotos alrededor del mismo. Descargamos las fotos en nuestro ordenador.

 

2 Agisoft PhotoScan:

. Seleccionamos las fotos con las que vamos a hacer el modelo.

. Orientamos las fotos con precisión alta, emparejamiento genérico y en avanzado ponemos 0. Este proceso para
unas 200 fotos tardará una media hora aprox. Que no se nos olvide dar a guardar

. Generamos nuestra nube densa de puntos. Cuanta más calidad seleccionemos, más tardará en hacerlo pero
quedará mejor Hay que tener en cuenta que se debe tener un PC con recursos suficientes… si no se quedará
colgado. Este proceso puede tardar desde unas dos horas para calidad media hasta más de 24 h en alta o extra
alta. Guardamos.

. Creamos malla con tipo de superficie arbitraria, nube de puntos densa y número de caras alta. Este proceso es
rápido, una media hora. Guardamos.

. Creamos textura. Modo mapeado genérico, modo de mezcla mosaico, y tamaño y número de texturas a elegir,
cuanto mayor, más recursos consumirá nuestro PC. Yo lo hago con 1 textura. Guardamos

. En ajustes elegimos el sistema de coordenadas MVGS 84. Con el botón derecho del ratón añadimos un marcador
sobre cada una de las dianas y pinchando en cada una de las coordenadas long. Lat y Alt introducimos los valores
que nos dio nuestro GPS.

. En Herramientas- calibración de cámara introducimos el tipo de cámara usada (cuadro, ojo de pez, etc.), así como
la distancia focal. El programa lo suele sacar automáticamente del EXIF de la cámara, pero mejor comprobar

. Pinchamos sobre la flecha de actualizar o refresh y …ltachánll…el programa nos referencia cada una de las
cámaras y puntos de nuestro modelo. Para verlo pinchamos sobre el icono de valores estimados. Guardamos

. Ahora ya podemos exportar nuestro modelo y hacerle todas las “perrerías” que queramos.

Exportar MODELO como COLLADA a ARC Scene
Exportar DEM como KMZa Global Mapper
Exportar MODELO como STL, e imprimir el modelo con impresora 3D.
Exportar MODELO como PDF y generamos un pdfen 3D.
Exportar MODELO como KMZ y llevarlo a Google Earth.

Arc GIS (Arc Map, Arc Scene…): Con este programa podremos hacer un recorrido por nuestro modelo en 3D muy
útil para hacer presentaciones.
Global Mapper. Con este programa generaremos nuestros modelos de elevación y las curvas de nivel. También
podemos calcular volúmenes de acopios y en movimiento de tierras… etc

 

Vídeo tutorial ( Calculo NVDI )

Tutorial en el que se intenta enseñar cómo calcular el índice NVDI para usos en agricultura utilizando un dron Yuneec Q500 4k con gimbal para cámara GoPro y cámara GoPro 4 silver a la que hemos sustituido la lente original por una lente modificada con filtro de Infrarrojo cercano NIR y filtro rojo.
El índice de vegetación de diferencia normalizada, también conocido como NDVI por sus siglas en inglés, es un índice usado para calcular la cantidad, calidad y desarrollo de la vegetación con base a la medición de la intensidad de la radiación de ciertas bandas del espectro electromagnético que la vegetación emite o refleja.

Las células vegetales han evolucionado para dispersar la radiación solar en la región espectral del infrarrojo cercano (una fuerte absorción en este punto sólo causaría en un sobrecalentamiento de la planta que dañaría los tejidos). Por lo tanto, la vegetación aparece relativamente oscura en la región de radiación fotosintética activa y relativamente brillante en el infrarrojo cercano.

Los canales RGB de la cámara quedarían del siguiente modo:
El canal 1 corresponde al Infrarrojo cercano NIR.
El canal 2 que correspondería al verde, está anulado.
El canal 3 corresponde al Rojo.

Las imágenes aéreas con colores reales han sido tomadas con una cámara CGO3.

Con el programa Geosetter se pueden georreferenciar las fotos de cualquier cámara sincronizando las imágenes con el track gpx del dron. El programa me calcula el desfase entre la hora de la cámara y la hora del GPS del dron.

Con el índice NVDI podemos ver el vigor y salud de una plantación y como lo tenemos todo georreferenciado, introduciendo las coordenadas de las zonas con mayor estrés y poco saludables en el GPS de un tractor para que actúe en consecuencia (abonando, esparciendo fertilizantes, fumigando..Etc).

Es recomendable para un trabajo mucho mas profesional una cámara multiespectral, como la Micasense Rededge.

 

 

Fuentes:

http://futurhobby.com

Javier Olalla Gónzalez

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