Share | 09/01/2020
O valor da calibração radiométrica pode ser um pouco difícil de compreender, pelo que elaborámos este artigo numa tentativa de clarificar o assunto. Esperamos que, depois de ler isto, compreenda concetualmente como as alterações nas condições de luz do dia a dia podem afetar a precisão dos dados multiespectrais e quais as ferramentas disponíveis para melhorar a precisão radiométrica.
Embora geralmente visualizemos as imagens multiespectrais como índices ou compostos coloridos, as imagens reais que saem da câmara são em tons de cinzento e são essencialmente matrizes de números digitais. Abaixo encontra-se um exemplo de imagens em escala de cinzentos de dados em bruto captados com a série MicaSense RedEdge-MX:
As imagens estão ordenadas da esquerda para a direita em azul, verde, vermelho, vermelho periférico e infravermelho próximo. Verificará que, à medida que as imagens saem da parte colorida do espetro (azul, verde, vermelho) e entram no infravermelho próximo (borda vermelha e infravermelho próximo), as plantas na imagem ficam mais claras. As plantas saudáveis absorvem sobretudo a luz visível e, em comparação, reflectem bastante a luz vermelha e a luz infravermelha próxima… É por isso que se vêem plantas mais escuras nas imagens da esquerda e plantas mais claras nas imagens da direita. Utilizamos estes dados de reflectância de luz e escuridão em cada banda para ajudar a compreender o estado fisiológico da copa de uma planta… por exemplo, se a banda vermelha mostrar plantas extremamente escuras, essas plantas estão a absorver muita luz vermelha e são fotossinteticamente activas. Por outro lado, se a banda vermelha mostrar que as plantas estão mais claras, podem estar a sofrer um stress que está a interferir com a fotossíntese.
Como mencionado anteriormente, pode pensar nas imagens como matrizes de números digitais. Cada pixel/célula de uma imagem contém um número digital correspondente à intensidade da radiação num determinado comprimento de onda. Cada uma das 5 imagens neste exemplo tem dimensões de 1280 x 960, o que significa que o número total de pixéis em cada imagem é de 1.228.800. A cada um desses pixéis é atribuído um valor que, quando combinado com todos os outros pixéis, é o mesmo que o valor de cada um. Por exemplo, nas imagens acima, isso permite-nos ver coisas como edifícios, caminhos de acesso e relva nas imagens. Se fizermos zoom numa parte de uma árvore na imagem da banda NIR, podemos ver como a imagem é composta por píxeis quadrados com números digitais diferentes:
Infelizmente, estes valores de píxeis são relativos às condições em que os dados foram recolhidos e não são absolutos. Isto deve-se, em grande parte, a alterações nas condições de luminosidade (por exemplo, sol vs nublado, sol em diferentes pontos do céu durante o dia, metade de um campo mais nublado do que a outra metade, etc.). Se estivermos a sobrevoar uma cultura ao longo de uma estação e estivermos à procura de alterações subtis de voo para voo, como deficiências de nutrientes, infestações precoces de pragas ou identificação precoce de doenças, torna-se muito importante captar valores de pixel tão precisos quanto possível e corrigir quaisquer alterações de iluminação que tenham afetado os dados. Para detetar alterações reais na reflectância da copa das plantas a partir de imagens multiespectrais captadas durante dois ou mais dias (por exemplo, um voo no início, a meio e no final da estação), é necessário efetuar uma correção radiométrica.
Agora que já sabe o “quê” e o “porquê”, vamos discutir o “como”. Para obter precisão radiométrica e resultados repetíveis, é necessária uma medição de reflectância de base – um ponto de referência de reflectância conhecido. Também pode ser útil saber como as condições de iluminação se alteraram durante o voo.
Então, como podemos obter uma medição de base de boa qualidade e, por conseguinte, uma calibração radiométrica exacta? Existem dois métodos padrão, ambos comuns na deteção remota. O primeiro método, e o mais utilizado historicamente, é a utilização de uma coisa chamada painel de calibração. O painel tem valores de reflectância pré-medidos e funciona, portanto, como um “controlo”. Tirar uma fotografia do painel de calibração permite-lhe atribuir os valores de reflectância conhecidos aos pixels do painel e ajustar o resto do conjunto de dados em conformidade.
Todos os kits de câmaras da série MicaSense são fornecidos com o Painel de Reflectância Calibrado (CRP) que encorajamos os nossos clientes a utilizar antes e depois de cada voo. Se tirar uma fotografia do painel não só antes mas também depois de cada voo, tem duas medições de base para trabalhar e pode também discernir como as condições de iluminação mudaram durante o voo. A maioria dos softwares de processamento permite ao utilizador carregar as suas imagens de painel e, assim, aplicar a correção radiométrica. Alguns programas permitem que os utilizadores carreguem também as fotografias do painel antes e depois.
A segunda ferramenta de calibração é designada por sensor de luz incidente ou sensor de luz descendente (DLS). Está virado para cima, montado no topo do drone, e regista dados sobre as condições de iluminação ao longo do voo, registando-os nos metadados de cada imagem captada, que podem ser posteriormente utilizados durante o processamento da imagem para afinar a correção radiométrica efectuada pelo painel, aumentando a sua precisão.
O processo de calibração radiométrica incorpora muitos elementos-chave, como a posição do sol e do sensor, bem como dados de irradiância de sensores de luz e/ou painéis de reflectância. O processo de calibração radiométrica pode recolher toda esta informação e os principais parâmetros do sensor, como o ganho e a exposição da câmara, para permitir o processo de conversão de números digitais de imagens multiespectrais em bruto em reflectância/irradiância do sensor e, em seguida, em reflectância da superfície.
Neste ponto, sabe que a calibração radiométrica altera os valores de pixel da imagem para representar com precisão a verdadeira reflectância dos objectos numa imagem. Duas ferramentas principais – um painel de reflectância e um sensor de luz incidente – ajudam-nos a captar a informação necessária para a calibração radiométrica e são componentes necessários de qualquer conjunto de ferramentas de imagem multiespectral.
Uma vez que a reflectância das plantas pode ser um indicador de saúde, stress, doença, variedades ou espécies diferentes e muito mais, os valores exactos de reflectância são fundamentais para compreender a fisiologia das plantas e comparar imagens de dia para dia ou de estação para estação. A análise baseada no tempo não é possível sem ter em conta as condições de iluminação e, por conseguinte, não é possível sem uma calibração radiométrica de qualidade.
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