La importancia de la calibración radiométrica puede ser un poco difícil de entender, por lo que hemos elaborado este artículo en un intento por agregar claridad al tema. Con suerte, después de leer esto, comprenderá conceptualmente cómo los cambios en las condiciones de luz del día a día pueden afectar la precisión de los datos multiespectrales, y qué herramientas están disponibles para mejorar la precisión radiométrica.

¿Qué es la calibración radiométrica y por qué es importante?

Aunque generalmente visualizamos las imágenes multiespectrales como índices o compuestos coloridos, la cámara realmente captura las imágenes en escala de grises, que son esencialmente matrices de números digitales. A continuación se muestra un ejemplo de las imágenes sin procesar en escala de grises capturadas con RedEdge-MX:

Las imágenes están ordenadas de izquierda a derecha como azul, verde, rojo, borde rojo e infrarrojo cercano. Notará que a medida en que las imágenes se mueven fuera de la porción de color del espectro (azul, verde, rojo), y en el infrarrojo cercano (borde rojo e infrarrojo cercano), las plantas en la imagen se vuelven más claras. Las plantas sanas absorben principalmente la luz visible y, en comparación, reflejan bastante el borde rojo y la luz del infrarrojo cercano. Es por eso que se ven plantas más oscuras en las imágenes de la izquierda y plantas más claras en las imágenes de la derecha. Usamos estos datos de reflectancia clara y oscura en cada banda para ayudar a comprender la condición fisiológica del dosel de una planta. Por ejemplo, si la banda roja muestra plantas extremadamente oscuras, esas plantas están absorbiendo mucha luz roja y son fotosintéticamente activas. Por otro lado, si la banda roja muestra a las plantas más claras, es posible que estén experimentando un factor de estrés que interfiere con la fotosíntesis.

Curva de reflectancia de la planta en las diferentes bandas. Tenga en cuenta que la reflectancia de las plantas aumenta hacia el extremo del espectro del infrarrojo cercano, lo que se correlaciona con las plantas en las imágenes sin procesar de la cámara, que se ven más claras a medida que se acercan a la banda del infrarrojo cercano.

Como se mencionó anteriormente, las imágenes son matrices de números digitales. Cada píxel o celda dentro de una imagen contiene un número digital correspondiente a la intensidad de la radiación dentro de una determinada longitud de onda. Cada una de las 5 imágenes de este ejemplo tiene unas dimensiones de 1280 x 960, lo que significa que el número total de píxeles en cada imagen es 1.228.800. Cada uno de esos píxeles tiene un valor asignado que cuando se combina con todos los demás pixels, como por ejemplo en las imágenes de arriba, nos permite ver cosas como edificios, entradas y césped en las imágenes. Si hacemos zoom en el árbol de la imagen de la banda NIR, podemos ver cómo la imagen está compuesta por píxeles cuadrados con diferentes números digitales:

Desafortunadamente, estos valores de píxeles son relativos a las condiciones en las que se recopilaron los datos y no son absolutos. Esto se debe principalmente a los cambios en las condiciones de luz (por ejemplo, soleado frente a nublado, sol en diferentes puntos del cielo durante el día, la mitad de un campo más nublado que la otra mitad, etc.). Si estamos volando un cultivo durante una temporada y estamos buscando cambios sutiles de un vuelo a otro, como deficiencias de nutrientes, infestaciones tempranas de plagas o identificación temprana de enfermedades, es muy importante capturar los valores de píxeles con la mayor precisión posible y corregir cualquier cambio de iluminación que haya afectado los datos. Para detectar cambios reales en la reflectancia del dosel de las plantas a partir de imágenes multiespectrales capturadas durante dos o más días (por ejemplo, un vuelo temprano, medio y tardío), es necesario realizar una corrección radiométrica.

¿Qué necesito usar para calibrar mis datos?

Ahora que ya hemos explicado el “qué” y el “por qué”, analicemos el “cómo”. Para obtener precisión radiométrica y resultados repetibles, necesita una medición de reflectancia de línea de base, un punto de referencia de reflectancia conocido. También puede ser útil saber cómo cambiaron las condiciones de iluminación durante el vuelo.

Entonces, ¿cómo podemos obtener una medición de referencia de buena calidad y, por lo tanto, una calibración radiométrica precisa? Hay dos métodos estándar, ambos comunes en la teledetección. El primer método y el más utilizado históricamente es usar algo llamado panel de calibración. El panel tiene valores de reflectancia medidos previamente y, por lo tanto, actúa como un “control”. Tomar una fotografía del panel de calibración le permite asignar los valores de reflectancia conocidos a los píxeles del panel y ajustar el resto del conjunto de datos en consecuencia.

Todos los sensores de MicaSense vienen con el Panel de reflectancia calibrado (CRP) y les recomendamos a nuestros clientes utilizarlo antes y después de cada vuelo. Si toma una imagen de panel no solo antes sino también después, tiene dos medidas de referencia con las que trabajar, que además le permitirán discernir cómo cambiaron las condiciones de iluminación durante el vuelo. La mayoría de los softwares de procesamiento permiten al usuario cargar sus imágenes del panel y así aplicar la corrección radiométrica. y así aplicar la corrección radiométrica.

La segunda herramienta para la calibración es el sensor de luz incidente o sensor de luz descendente. Este está orientado hacia arriba, montado en la parte superior del dron, y registra datos sobre las condiciones de iluminación durante todo el vuelo, escribiéndolos en los metadatos de cada imagen capturada que luego se pueden usar durante el procesamiento de imágenes para ajustar la corrección radiométrica realizada por el panel, mejorando así su precisión.

El proceso de calibración radiométrica incorpora muchos elementos claves, como la posición del sol y el sensor, así como datos de irradiancia de sensores de luz y/o paneles de reflectancia. El proceso de calibración radiométrica puede tomar toda esta información y los parámetros centrales del sensor, como la ganancia y la exposición de la cámara, para permitir el proceso de convertir números digitales de imágenes multiespectrales sin procesar en reflectancia/irradiancia del sensor y luego en reflectancia de superficie.

Para concluir…

En este punto ya sabe que la calibración radiométrica cambia los valores de píxeles de la imagen para representar con precisión la verdadera reflectancia de los objetos en una imagen. Dos herramientas principales, un panel de reflectancia y un sensor de luz incidente, nos ayudan a capturar la información necesaria para la calibración radiométrica y son componentes importantes de cualquier conjunto de herramientas de imágenes multiespectrales.

Debido a que la reflectancia de la planta puede ser un indicador de salud, estrés, enfermedad, diferentes variedades o especies y más, los valores de reflectancia precisos son claves para comprender la fisiología de la planta y comparar imágenes de un día a otro o de una estación a otra. Los análisis temporales no son posibles sin tener en cuenta las condiciones de iluminación y, por lo tanto, no son posibles sin una calibración radiométrica de calidad.

Esté atento a nuestra próxima publicación sobre las capacidades de los sensores de luz descendentes y qué los hace efectivos.

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