Câmeras Multiespectrais no Sensoriamento Remoto – É hora de rever seus conceitos!

Com os avanços tecnológicos recentes e a popularização da tecnologia de mapeamento com drones, uma ferramenta que até então só era vista em pesquisas científicas em fazendas experimentais tem ganhado cada vez mais espaço nas aplicações do dia-a-dia de diversos segmentos: as câmeras multiespectrais.

A principal característica de uma câmera multiespectral é a capacidade de captar imagens não apenas no espectro visível (bandas Vermelho, Verde e Azul – RGB), mas também no espectro não-visível, como o infravermelho de borda (Red Edge) e infravermelho próximo (Near Infra-Red – NIR).

Com esta tecnologia é possível diferenciar por exemplo uma planta saudável de uma planta em estresse hídrico ou em senescência, ou até mesmo identificar uma região infestada por plantas daninhas com grande assertividade.

Existem inúmeras câmeras multiespectrais no mercado, cada uma com uma configuração própria de bandas espectrais. É possível encontrar câmeras que capturam 4, 5 ou até dezenas de bandas espectrais. Além disso, existem diferenças também em relação à tecnologia usada na construção do equipamento, basicamente dois tipos: câmeras que possuem um sensor e lente para cada banda espectral (as multiespectrais convencionais), e as câmeras que utilizam um único sensor para captura de todas as bandas simultaneamente.

As câmeras com múltiplos sensores possuem como principal vantagem a acurácia espectral, já que cada sensor captura uma única banda, e assim o sensor não é exposto a ruídos ou interferência de outros comprimentos de onda. Por outro lado, para se acomodar diversos sensores em um espaço físico limitado, estes precisam ter um tamanho reduzido em relação aos sensores usados nas câmeras RGB, o que impõe limitações quanto à resolução da imagem e consequentemente um menor rendimento no mapeamento. Além disso, são dispositivos de custo bastante elevado.

O outro grupo compreende uma grande variedade de dispositivos de menor custo que surgiram no mercado, popularmente conhecidos como “câmeras modificadas” ou “câmeras convertidas”. São chamados assim porque em sua grande maioria são construídos a partir de uma modificação em câmeras RGB convencionais. O processo envolve basicamente a troca do filtro interno da câmera (que originalmente bloqueia a radiação não-visível), substituindo-o por um filtro que permite a passagem apenas das bandas desejadas.

Filtro original presente nas câmeras RGB
Exemplo de filtro instalado (Bandas R, G e NIR)

Como os sensores das câmeras RGB são originalmente concebidos para captar várias bandas simultaneamente e em uma faixa espectral diferente da selecionada pelo filtro, este procedimento resulta em inúmeros problemas e aberrações ópticas. O principal problema existente é a mistura dos diferentes comprimentos de onda em cada banda da imagem, o que é chamado de “contaminação espectral”. Sem a separação adequada do espectro em cada banda, há grande ruído nos dados de reflectância capturados, e com isso torna-se impossível o uso de índices vegetativos para análise das culturas, já que se baseiam na proporção da reflectância entre as bandas.

Além disso, processos de modificação feitos artesanalmente, com filtros de baixa qualidade e a ausência de calibração radiométrica pioram ainda mais os resultados. Por estes motivos, há um consenso de que câmeras modificadas não são indicadas para o mapeamento multiespectral.

Câmeras Multiespectrais XMobots – Quebrando o paradigma

Pensando em unir o melhor dos dois conceitos, a XMobots desenvolveu a linha de câmeras XMX. Trata-se de um conjunto composto por hardware + software, resultando em câmeras capazes de entregar a mesma acurácia espectral presente nas multiespectrais de múltiplos sensores com a maior resolução presente nas convertidas de único sensor.

O sucesso da linha XMX se baseia em sensores com altíssima qualidade de fabricação garantindo acurácia das bandas espectrais, a mesma tecnologia utilizada pela indústria espacial. Aliado ao hardware, tem-se o software de calibração das imagens, que converte os dados crus (RAW) da câmera XMX em imagens TIFF de 16-bit com uma única banda cada. No processo de calibração, são aplicados os parâmetros de correção espectral das bandas, além da correção para as aberrações ópticas inerentes ao conjunto sensor/lente utilizados, resultando em um conjunto multiespectral de alta qualidade, que une a acurácia radiométrica das câmeras de múltiplos sensores e a produtividade de câmeras de sensores únicos.

O resultado pode ser visto na figura abaixo, onde é apresentada a comparação entre as imagens e índice NDVI da câmera XM5 versus uma câmera multiespectral considerada referência no mercado.

Cada câmera foi instalada em um Arator 5B e os voos (ambos com GSD 10cm) realizados simultaneamente, com um intervalo de 3 minutos entre as decolagens. O mesmo painel de calibração foi utilizado para a calibração radiométrica das duas câmeras e os processamentos realizados no software Agisoft Metashape.

A alta similaridade entre os produtos gerados pelas duas câmeras em condições adequadas demonstra a eficácia da solução XMX e sua aplicabilidade na coleta de dados multiespectrais calibrados e confiáveis, porém com maior produtividade. Além disso, a linha XMX conta com um grande diferencial: a integração com as Tecnologias HAL e HAG da XMobots, sistemas  de RTK embarcado que permitem a captura com acurácia posicional centimétrica sem uso de pontos de controle.

Assim, surge um novo conceito em câmeras multiespectrais, unindo acurácia radiométrica, acurácia posicional e alto rendimento de mapeamento em um mesmo produto. A linha XMX tem duas versões, a XM5 e XMC.

Quer saber mais? Entre em contato e descubra como a tecnologia multiespectral XMobots pode revolucionar os seus mapeamentos!


CONHECENDO MAIS AS CÂMERAS XMX

XM5

A XM5 utiliza bandas espectrais padrão e divulgadas ao mercado, operando em:

Azul: 435 a 455nm
Verde: 540 a 560 nm
Vermelho: 660 a 680 nm
RedEdge: 695 a 735nm
Nir: 810 a 860nm



XMC

A XMC é a versão multiespectral desenvolvida especificamente para a cultura de cana-de-açúcar, pois possui bandas espectrais projetadas especificamente para a resposta da assinatura espectral da cana-de-açúcar, permitindo:

  • Maior assertividade na restituição de linha de cana-de-açúcar, pois o XFarming procura o maior vigor da planta que se encontra no culmo da planta;
  • Maior assertividade na falha de plantio, definido como falha o vigor da planta;
  • Melhor contraste entre cana de açúcar e invasoras como mamona, corda de viola, mucuna, braquiária, grama seda, etc.

Por ser uma solução dedicada ao setor de cana-de-açúcar, as bandas espectrais que trazem todos os benefícios acima não são divulgados, sendo considerados dados sigilosos da tecnologia.

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