Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://locus.ufv.br//handle/123456789/28398
Tipo: Dissertação
Título: Calibração radiométrica de imagens obtidas por câmeras utilizadas em veículos aéreos não tripulados
Radiometric calibration of images obtained by cameras used unmanned aerial vehicles
Autor(es): Gomes, Amanda Pereira Assis
Abstract: A utilização de veículo aéreo não tripulado (VANT) equipado com câmeras multiespectrais para uso em sensoriamento remoto vem propiciando novas oportunidades para aplicações agrícolas relacionadas a mapeamento e monitoramento dos campos de produção. Câmeras multiespectrais de uso comercial normalmente trabalham na faixa do visível. Entretanto, estudos envolvendo vegetação as vezes carecem de imagens em bandas diferentes das trabalhadas por câmeras comerciais. Com isso algumas câmeras digitais são modificadas para captarem imagens em comprimentos de onda específicos, de acordo com a finalidade do estudo. Ainda assim, para estudos quantitativos as imagens multiespectrais devem passar por processo de calibração radiométrica. Essa calibração converte cada número digital da imagem em valores de reflectância da cena para poder ser utilizada no sensoriamento remoto quantitativo. Com isso se torna necessário um método sistemático de calibração radiométrica que gere imagens multiespectrais com valores de reflectância unitária. Sendo assim, o presente trabalho teve como objetivos: (1) analisar diferentes materiais para confecção de alvos de calibração radiométrica; (2) comparar o desempenho de uma câmera com um sensor com uma câmera multisensor na obtenção de NDVI (Índice de Vegetação da Diferença Normalizada). No primeiro estudo foram testados quatro tipos de painéis para confecção dos alvos de calibração, um painel composto por lona e feltro, outro por placas de MDF pintada com tinta fosca, outro por napa, e um quarto painel contendo os quatro materiais lona, feltro, napa e MDF pintada. Foi utilizada uma câmera modificada que coleta imagens nas bandas do vermelho verde e infravermelho próximo. A coleta das imagens foi realizada durante três dias seguidos no mesmo horário e em quatro alturas de voo diferentes sendo elas 20, 40, 60 e 80m. A área de estudo é uma área plana cultivada com gramínea. Durante a coleta das imagens foi determinado o NDVI, com auxílio de sensor ativo, de dez pontos experimentais espalhados aleatoriamente na área. As imagens coletadas passaram por calibração radiométrica pelo método da linha empírica em que foram coletados números digitais brutos de cada painel que foram utilizados para gerar a regressão de calibração juntamente com a assinatura espectral de cada painel medida em laboratório. Os resultados mostram que dentre os materiais testados a napa apresentou os melhores resultados para auxílio na calibração radiométrica de imagens multiespectrais. Para as condições estudadas a altura de voo não influenciou significativamente na calibração radiométrica. No segundo estudo foram utilizadas duas câmeras multiespectrais, uma câmera com um único sensor CCD modificada para captar os comprimentos de onda da banda do infravermelho próximo, e uma câmera composta por cinco sensores capaz de coletar imagens em cinco bandas. As câmeras foram acopladas em VANTs para levantamento dos dados. A área de estudo é uma área montanhosa cultivada com a cultura do café. As coletas das imagens foram realizadas no mesmo horário do dia e durante três dias a um intervalo de vinte dias cada coleta. Durante a aquisição das imagens foram coletados com sensor ativo o NDVI de trinta e seis pontos experimentais dispostos aleatoriamente na área de estudo. Para calibração radiométrica das imagens foi utilizado quatro alvos de calibração de napa nas cores branca, preta, cinza claro e cinza escuro. As imagens obtidas com a câmera modificada após a calibração radiométrica apresentou padrão de variabilidade espacial do NDVI semelhante ao sensor de NDVI e as imagens da câmera composta por cinco sensores. No entanto, os valores de NDVI obtidos com as imagens calibradas da câmera modificada foram sempre inferiores aos valores determinados pelo sensor ativo e pela câmera equipada com cinco sensores. Em câmeras modificadas não é possível configurar os parâmetros separadamente para cada banda da imagem, com isso uma banda sobrepõe a outra, não sendo possível determinar exatamente a reflectância em cada banda. A câmera modificada é apta para observação dos padrões da cultura, uma vez que apresentou correlação significativa com o sensor ativo de NDVI, entretanto, seu uso não é recomendado para estudo da variabilidade temporal da cultura. Por outro lado, câmeras multisensor mostram-se adequadas para o estudo da variabilidade temporal da cultura. Palavras-chave: Agricultura de Precisão. Veículo aéreos não tripulados. Imagens multiespectrais.
The use of an unmanned aerial vehicle (UAV) equipped with multispectral cameras for use in remote sensing has provided new opportunities for agricultural applications related to the mapping and monitoring of production fields. Multispectral cameras for commercial use usually work in the visible range. However, studies involving vegetation sometimes need images in bands other than those used by commercial cameras. Therefore, some digital cameras are modified to capture images at specific wavelengths, according to the purpose of the study. Even so, for quantitative studies, multispectral images must undergo a radiometric calibration process. This calibration converts each digital number in the image into reflectance values of the scene so that it can be used in quantitative remote sensing. Therefore, a systematic method of radiometric calibration is required, which generates multispectral images with unit reflectance values. Thus, the present work had as objectives: (1) to analyze different materials for making radiometric calibration targets; (2) to compare the performance of a camera with a sensor with a multi-sensor camera in obtaining NDVI (Normalized Difference Vegetation Index). In the first study, four types of panels were tested for making the calibration targets, one panel made of canvas and felt, another made of MDF boards painted with matte paint, another made of napa, and a fourth panel containing the four materials canvas, felt, napa and painted MDF. A modified camera was used that collects images in the bands of green, red and near infrared. The images were collected during three consecutive days at the same time and at four different flight heights, 20, 40, 60 and 80m. The study area is a flat area cultivated with grass. During the collection of the images, the NDVI was determined, with the aid of an active sensor, of ten experimental points randomly scattered in the area. The collected images were submitted to radiometric calibration using the empirical line method in which raw digital numbers were collected from each panel. The radiometric calibration was done using the spectral signature of each panel measured in the laboratory. Theresults show that among the materials tested, napa presented the best results to aid in the radiometric calibration of multispectral images. For the conditions studied, the flight height did not significantly influence the radiometric calibration. In the second study, two multispectral cameras were used, a camera with a single CCD sensor modified to capture the wavelengths of the near infrared band, and a camera composed of five sensors capable of collecting images in five bands. The cameras were coupled to UAVs for data collection. The study area is a mountainous area cultivated with coffee. Image acquisitions were performed at the same time of day and for three days at an interval of twenty days between each collection. During the acquisition of the images, the NDVI of thirty-six experimental points were randomly measured in the study area with an active sensor. For radiometric calibration of the images, four napa calibration targets in white, black, light gray and dark gray were used. The images obtained with the modified camera after radiometric calibration showed a pattern of spatial variability of the NDVI similar to the NDVI sensor and the images of the camera composed of five sensors. However, the NDVI values obtained with the modified camera's calibrated images were always lower than the values determined by the active sensor and the camera equipped with five sensors. In modified cameras, it is not possible to configure the parameters separately for each band of the image, thus one band overlaps the other, and it is not possible to determine exactly the reflectance in each band. The modified camera is capable of observing the culture patterns, since it showed a significant correlation with the active NDVI sensor, however, its use is not recommended for studying the temporal variability of the culture. On the other hand, multi-sensor cameras are suitable for monitoring of the crop temporal variability. Keywords: Precision agriculture. Unmanned aerial vehicles. Multispectral images.
Palavras-chave: Agricultura de precisão
Veículos aéreos não tripulados
Imagens multiespectrais
CNPq: Máquinas e Implementos Agrícolas
Editor: Universidade Federal de Viçosa
Titulação: Mestre em Engenharia Agrícola
Citação: GOMES, Amanda Pereira Assis. Calibração radiométrica de imagens obtidas por câmeras utilizadas em veículos aéreos não tripulados. 2020. 53 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Agrícola) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2020.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://locus.ufv.br//handle/123456789/28398
Data do documento: 28-Fev-2020
Aparece nas coleções:Engenharia Agrícola

Arquivos associados a este item:
Arquivo Descrição TamanhoFormato 
texto completo.pdftexto completo1,08 MBAdobe PDFVisualizar/Abrir


Os itens no repositório estão protegidos por copyright, com todos os direitos reservados, salvo quando é indicado o contrário.