關(guān)于無(wú)人機(jī)的多光譜相機(jī)你知道多少？
01
多光譜基礎(chǔ)理論
在自然界的絢麗光譜中，光被巧妙地劃分為兩大類：可見(jiàn)光與不可見(jiàn)光。當(dāng)我們談?wù)摽梢?jiàn)光時(shí)，我們實(shí)際上是在談?wù)撘粋€(gè)由RGB三原色——紅、綠、藍(lán)，這3種原色是構(gòu)成我們所見(jiàn)色彩的基本單元。
在可見(jiàn)光之外，還隱藏著一個(gè)更為廣闊而神秘的領(lǐng)域，那就是不可見(jiàn)光。這片領(lǐng)域包括了紫外線、紅外線、近紅外等多種光譜成分，它們雖然無(wú)法被我們的肉眼直接捕捉，卻在自然界中發(fā)揮著不可或缺的作用。這些不可見(jiàn)光在科學(xué)研究、遙感探測(cè)等領(lǐng)域擁有廣泛的應(yīng)用，為我們揭示了一個(gè)又一個(gè)未知的世界。
光譜圖
02
無(wú)人機(jī)中多光譜相機(jī)介紹
現(xiàn)有設(shè)備為御3多光譜，波段介紹如下所示，可實(shí)現(xiàn)NDVI、GNDVI、NDRE的實(shí)時(shí)測(cè)量計(jì)算
以大疆無(wú)人機(jī)御3的多光譜相機(jī)為例，可實(shí)現(xiàn)NDVI、GNDVI、NDRE的實(shí)時(shí)測(cè)量計(jì)算，波段介紹如下所示：
NDVI=(NIR-R)/(NIR+R)
特點(diǎn)：NDVI 是遙感中最常見(jiàn)的植被指數(shù)。它可以在整個(gè)作物生產(chǎn)季節(jié)使用，除非植被覆蓋太稀少，因此它的光譜反射率太低
何時(shí)使用：NDVI 值在作物最活躍生長(zhǎng)階段的季節(jié)中期最準(zhǔn)確
GNDVI=(NIR-G)/(NIR+G)
特點(diǎn)：GNDVI 比 NDVI 更準(zhǔn)確地測(cè)量葉綠素含量
何時(shí)使用：在沒(méi)有紅波段時(shí)，檢測(cè)枯萎或老化的作物并測(cè)量葉子中的氮含量，監(jiān)測(cè)茂密樹(shù)冠或成熟階段的植被
NDRE=(NIR-RE)/(NIR+RE)
特點(diǎn)：給定的植被指數(shù)適用于高密度樹(shù)冠覆蓋
何時(shí)使用：NDRE 通常用于監(jiān)測(cè)已達(dá)到成熟階段的作物
03
搭載多光譜相機(jī)的無(wú)人機(jī)案例應(yīng)用
現(xiàn)有設(shè)備為御3多光譜，波段介紹如下所示，可實(shí)現(xiàn)NDVI、GNDVI、NDRE的實(shí)時(shí)測(cè)量計(jì)算
01
植被生長(zhǎng)狀況與病蟲(chóng)害檢測(cè)應(yīng)用
在對(duì)于農(nóng)作物和樹(shù)木植被病蟲(chóng)害的檢測(cè)上，由于蟲(chóng)害導(dǎo)致的營(yíng)養(yǎng)不良和水分流失，葉子的色素比例會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致不同波段的反射值與正常時(shí)的有差異，從而判斷農(nóng)作物的生長(zhǎng)狀態(tài)。不同光譜通道所獲得的植被信息，可與植被的不同要素或特征狀態(tài)，有各種不同的相關(guān)性，如可見(jiàn)光譜段受葉子葉綠素含量的控制，近紅外譜段受葉內(nèi)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的控制、中紅外譜段受葉細(xì)胞內(nèi)水分含量的控制等。
02
河道污染中油污、重金屬等檢測(cè)應(yīng)用
在現(xiàn)代水質(zhì)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，地面工作人員與多光譜技術(shù)的結(jié)合，為水環(huán)境管理提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。他們通過(guò)精心設(shè)計(jì)的采樣方案，配合多光譜分析技術(shù)，能夠精準(zhǔn)地繪制出水體中污染物的濃度分布圖像，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)狀況的全面了解。
在采樣過(guò)程中，工作人員遵循科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑瓌t，采用均勻分布、單點(diǎn)多次采樣的方法，確保樣本的代表性。通過(guò)對(duì)全域水體的細(xì)致采樣，不僅有效減小了儀器誤差，還排除了偶然誤差的干擾，確保了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。
隨后，對(duì)采集的樣本水樣進(jìn)行各污染物濃度的檢測(cè)，得出污染物含量（mg/L）的具體參數(shù)。這些參數(shù)不僅是評(píng)估水質(zhì)狀況的重要依據(jù)，也是進(jìn)行多光譜反演的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通過(guò)多光譜反演技術(shù)，能夠?qū)⑦@些參數(shù)轉(zhuǎn)化為直觀、形象的污染物濃度分布圖像，使水質(zhì)狀況一目了然。
在實(shí)際應(yīng)用中，平均在每公里河道上選取5個(gè)樣本點(diǎn)，并在無(wú)人機(jī)執(zhí)行飛行任務(wù)的當(dāng)天，分早、中、晚三次對(duì)這些樣本點(diǎn)進(jìn)行水樣采樣。利用先進(jìn)的水質(zhì)檢測(cè)儀，工作人員能夠快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)出樣本水體內(nèi)各污染物指標(biāo)的含量。
為了進(jìn)一步挖掘數(shù)據(jù)背后的規(guī)律，工作人員運(yùn)用SPSS等統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行擬合分析，得出樣本參數(shù)與多光譜波段之間的反演公式。這一公式將多光譜航片中的信息轉(zhuǎn)化為具體的污染物濃度數(shù)值，為河道總體污染物指標(biāo)含量的計(jì)算提供了科學(xué)依據(jù)。
當(dāng)然，即使在不進(jìn)行水體樣本取樣的情況下，工作人員依然可以利用多光譜技術(shù)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)。通過(guò)調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)光譜庫(kù)中的污染物參數(shù)進(jìn)行反演，工作人員可以得到包含污染物濃度百分比分布的水質(zhì)圖像。這種圖像雖然不如直接采樣檢測(cè)的結(jié)果精確，但同樣能夠滿足對(duì)水質(zhì)總體情況的監(jiān)測(cè)需求。
總之，多光譜技術(shù)為水體污染監(jiān)測(cè)領(lǐng)域帶來(lái)了革命性的變革。它不僅提高了監(jiān)測(cè)的效率和精度，還為工作人員提供了更加直觀、形象的監(jiān)測(cè)結(jié)果。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，相信多光譜技術(shù)將在未來(lái)水質(zhì)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。
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