農業無人機上的多光譜成像相機傳感器使農民可以更有效地管理農作物，土壤，施肥和灌溉。減少噴灑，肥料，水的浪費，同時增加農作物的產量，對農民和更廣泛的環境都具有很大的好處。多光譜相機遙感成像技術使用綠色，紅色，紅色邊緣和近紅外波段來捕獲農作物和植被的可見圖像和不可見圖像。多光譜圖像與專門的農業軟件集成在一起，該軟件將信息輸出為有意義的數據。這種土地遙測，土壤和農作物數據使種植者可以更有效地監控，規劃和管理農場，從而節省時間和金錢，并減少了農藥的使用。

本文講述多光譜成像技術，反射率，波段和植被指數（例如NDVI和NDRE）的基礎。所有這些信息為農民提供了土壤和植物健康的見解。還將向您展示用于農業無人機的多光譜傳感器制造商之產品。

1、多光譜成像農業無人機

2、多光譜成像的好處

3、多光譜圖像是評估土壤生產力和分析植物健康的非常有效的工具。用肉眼觀察土壤和農作物的健康非常有限并且是反動的。多光譜傳感器技術使農民比肉眼能看到的更多。

4、來自多光譜成像的數據具有以下好處；

5、識別害蟲，疾病和雜草。通過及早發現來優化農藥用量和農作物噴霧劑。

6、提供有關土壤肥力的數據，并通過檢測營養缺乏來完善肥料。幫助進行土地管理以及是否將農業用地轉為生產性或非生產性或輪作作物等。

7、對植物進行計數并確定種群或間距問題。

8、估計農作物產量。

9、測量灌溉量。通過確定懷疑有水脅迫的區域來控制作物灌溉。然后，根據多光譜數據對陸地區域進行改進，例如安裝排水系統和水道。

10、查看農用機械對農作物的損害，并進行必要的維修或更換有問題的機械。

11、調查圍欄和農舍。

12、監視牲畜。現在，帶有熱像儀的無人機可以在夜間與許多其他了不起的用途一起用于牲畜的定位。

13、全年解決方案

（1）多光譜影像的奇妙之處在于，該傳感器技術可在整個作物周期中使用。無論是在播種，灌溉，施肥還是收獲期間使用，提供多光譜圖像的無人機都可以在每個步驟中使用，從而使農民在每個季節都能非常有效地管理自己的農作物。

（2）借助多光譜高級傳感器和成像功能，這為農民提供了增加產量和減少農作物損害的新途徑。

（3）多光譜相機遙感無人機調查/檢查/ 3D地圖/多光譜成像

在深入研究農業中的多光譜成像技術之前，任何農場的基本任務之一是對農作物，圍欄和建筑物進行可視檢查。

這類工作的先進無人機需要具有全球定位衛星（GPS），第一人稱視角（FPV），穩定的萬向架，出色的攝像頭甚至是自主航點導航。

下面列出的無人駕駛飛機具有出色的攝像頭，可安裝在穩定云臺上，可用于調查農作物，圍欄和建筑物。這些無人機還可以使用Pix4D等軟件構建海拔模型和攝影測量圖。它們也可以適合于攜帶多光譜傳感器，例如紅杉UAS傳感器。來自中國DJI和法國SenseFly農業多光譜無人機產品。

DJI Mavic Pro 2 / Zoom（新）。

DJI Mavic 2 Enterprise。

DJI Phantom 4 Pro。

DJI幻影3。

DJI Mavic Pro。

DJI Inspire 1。

SenseFly eBee。

DJI MG-1S。

DJI MG-1S專為農業用途而設計。它可以覆蓋超過60英畝的土地，并使用GPS和視覺傳感器跟蹤地形，從而可以噴灑農作物。該DJI MG-1S采用自主航點軟件蓋住噴霧區域。DJI MG-1S將為農民節省時間和金錢。

MAVIC 2企業，Inspire 1，Inspire 2和DJI幻影4還可以適用于其中在精密特別是在灌溉管理領域種地使用能夠輸出了不起數據的FLIR Vue的熱傳感器。

DJI Inspire 1適用于多光譜影像

DJI Inspire 1是迄今為止市場上較創新且較適合任何農場的無人機之一。這款無人機具有出色的穩定技術和4k攝像頭。Inspire 1將為您提供農場周圍視覺檢查的清晰的視頻和圖像。DJI Inspire 1具有許多智能飛行模式，包括航路點。結合使用Pix4D軟件和航路點，您可以創建土地的3D攝影測量圖。DJI Inspire 1非常適應。Zenmuse XT云臺是專門為Inspire 1設計的，可搭載FLIR熱像儀。此外，的Parrot紅杉多光譜成像傳感系統也可以添加到Inspire 1中，使其成為每個農場的理想無人機。

多光譜成像技術，什么是多光譜圖像

阿多光譜圖像傳感器在跨越特定頻率捕獲圖像數據電磁波譜?？梢酝ㄟ^過濾器或使用對特定波長敏感的儀器來分離波長，這些儀器包括來自我們可見范圍之外的頻率的光，例如紅外光。光譜成像還可以提取人眼無法捕獲的其他信息。

多光譜圖像的重要性

人眼僅對400到700 nm之間的波長敏感，這就是可見光譜。人類可以感知從紫色到紅色的各種顏色。但是，波長也可以比可見光的波長更短（紫外線）或更長（紅外線）。即使看不到它們，這些看不見的波段也非常表明土壤，植物和農作物的農藝特性。

農業多光譜相機成像多光譜影像的基礎

每個表面都會反射回來的一些光。具有不同表面特征的物體以不同方式反射或吸收太陽輻射。反射光與入射光的比率稱為反射率，以百分比表示。

植被指數

植被反射特性用于導出植被指數（VIs）。索引用于分析各種生態。植被指數是根據兩個或多個波長的反射率測量結果構建的，以分析植被的特定特征，例如總葉面積和含水量。植被與太陽輻射的相互作用不同于其他自然材料，例如土壤和水體。太陽輻射的吸收和反射是與不同植物材料發生多次相互作用的結果，這些相互作用隨波長的不同而有很大差異。水，色素，營養物和碳分別在400到2500 nm的反射光譜中表示，通常具有重疊但在光譜上不同的反射行為。這些已知的特征使科學家能夠結合不同波長的反射率測量值，從而通過定義VI來增強特定的植被特征。

科學文獻中已經發表了150多種植被指數，但是只有一小部分具有重要的生物物理基礎或已經過系統測試。較受歡迎的植被指數是NDVI（歸一化植被指數）。Sentera的帶有可選NDRE濾鏡的單個傳感器也很常見NDRE（歸一化差紅邊）。

NDVI植被指數

歸一化植被指數（NDVI）是植物“綠色”或光合作用活動的指數，并且是較常用的植被指數之一。植被指數基于以下觀察：不同的表面反射不同類型的光的方式不同。

尤其是光合作用活躍的植被吸收了大部分擊中的紅光，同時反射了許多近紅外光。死亡或受壓的植被反射的紅光更多，而近紅外光更少。同樣，非植被表面在整個光譜上的反射率也更高。通過從遙感圖像中獲取紅色和近紅外波段的比率，可以定義植被“綠色度”的指標。在植被比率系數中，歸一化植被指數（NDVI）可能是較常見的。NDVI是按像素計算的，它是圖像中紅色和近紅外波段之間的歸一化差?？梢詾榫哂屑t色和近紅外波段的任何圖像計算NDVI。NDVI的生物物理解釋是吸收的光合有效輻射的一部分。各種因素都會影響NDVI值，例如植物的光合作用活性，植物總覆蓋率，生物量，植物和土壤濕度以及植物脅迫。因此，NDVI與農業和生態系統屬性相關聯，這對于研究人員和管理人員來說都很有趣（例如，凈初級生產力，冠層覆蓋，裸露的地面覆蓋）。而且，由于NDVI是兩個頻段的比率，因此NDVI有助于補償由于傾斜和縱橫比而導致的圖像內照度差異，以及由于一天中的時間或季節而導致的圖像之間的差異。因此，像NDVI這樣的植被指數使得可以隨時間比較圖像以尋找農業和生態上的重大變化。

NDVI作物管理的好處：

1、遮篷覆蓋和密度檢測。

2、隨時間變化的NDVI可提供準確的增長趨勢。

3、霜凍損壞檢測。

4、大規模蟲害暴發。

5、優化輪作時間。

6、生態效益。

7、植被動態或植物物候隨時間變化。

8、生物質生產。

9、與放牧管理有關的放牧影響或屬性（例如，放養率）。

10、牧場條件的變化。

11、植被或土地覆被分類。

12、土壤濕度。

13、固碳或二氧化碳通量。

NDRE植被指數

歸一化差異紅邊指數（NDRE）是一個度量標準，可用于分析從多光譜圖像傳感器獲得的圖像是否包含健康植被。它類似于歸一化植被指數（NDVI），但使用近紅外與紅色邊緣的比率。NDRE使用紅色邊緣濾鏡查看作物冠層的反射率。紅色邊緣是植被反射光譜的紅色-NIR過渡區域中的一個區域，它標記了紅色可見區域中的葉綠素吸收與由于NIR區域中的葉片內部結構引起的散射之間的邊界。這使種植者可以確定用于作物管理的所有不同變量。了解葉綠素水平可以為農民提供監測光合作用活動的能力。利用NDRE信息，種植者可以基于光合作用的轉變優化收獲時間。在農作物收獲期間，例如：杏仁殼破裂或葡萄中最大糖含量下降，NDRE值發生明顯變化。發生這種變化的原因是，由于水果/堅果已經成熟，因此對光合作用產生的糖分子的需求不再那么高。這些信息對于作物收成計劃的作物管理工具來說具有無價的價值，使種植者能夠獲得高質量的產品。可以改變葉綠素水平并引起農作物脅迫的其他因素是昆蟲侵擾。通過使用NDRE，您可以確定杏仁田螨蟲爆發的嚴重程度，然后使用一種精確的方法來終止侵染。這不僅使您可以監控疾病暴發，而且還可以減少與害蟲控制相關的成本。

多光譜軟件應用

圍繞植被指數構建了各種精確的農業和農作物壓力工具和應用程序，以提供完整的解決方案，其中包括多光譜數據的處理，存儲，表示和分析。有關以下多光譜軟件應用程序的更多信息。另外，一些好的攝影測量軟件可以分析NDVI和植被指數。一個示例是DroneDeploy 3D映射應用程序。

植被光譜

物體的反射特性取決于特定的材料及其物理和化學狀態（例如，水分），表面粗糙度以及幾何環境（例如，太陽光的入射角）。非常重要的表面特征是顏色，結構和表面紋理。物體的感知顏色對應于具有最大反射率的可見光譜的波長。這些差異使得可以通過分析其光譜反射率模式或光譜特征來識別不同的地球表面特征或材料。這些簽名可以在所謂的光譜反射率曲線中可視化為波長的函數。下圖顯示了三種基本地球特征類型的典型光譜反射率曲線：綠色植被，干燥的裸露土壤和清水。綠色，紅色和紅外線是農業中使用的主要物質。紅色邊緣（對應于近紅外入口點的短波段）有時也用于獲取其他索引。

下面的植被光譜圖像包含有關反射率和植被波段的詳細信息和說明。

植被曲線

健康綠色植被的光譜反射率曲線在電磁光譜的可見光部分具有顯著的最小反射率，該可見光部分是由植物葉片中的色素引起的。健康的植被將吸收藍色和紅色波段，從而形成所謂的“健康植被的綠色凸起”。在近紅外中，反射率會急劇增加。強調植被也可以被檢測，因為強調的植被在紅外一個顯著低反射率。

土壤曲線

裸土的光譜反射率曲線變化不大。反射率曲線受水分含量，土壤質地，表面粗糙度，氧化鐵和有機物的存在的影響。這些因素不如在植被反射光譜中觀察到的吸收特征顯著。

水曲線

所述水曲線在近紅外波長范圍和超出的特征在于具有高吸收。由于具有這種吸收特性，因此可以輕松地檢測，定位水體以及包含水的要素，并用遙感數據進行描繪。混濁的水在可見光區域的反射率比清澈的水高。對于含有高葉綠素濃度的水也是如此。這些反射模式用于檢測藻類菌落。

多光譜植被帶

綠色

綠色對應于500–600 nm光譜帶中的反射能量，并且在該頻帶中具有植物的最大反射率。反射峰在550 nm附近。已經證明該光譜帶與植物中所含葉綠素的量密切相關。在植被光譜的這一可見部分，健康植物的反射率曲線在綠色波段（550 nm范圍內）中顯示出最大的反射率。這就是為什么植物對我們來說是綠色的。葉片中的一種稱為葉綠素的化合物會強烈吸收紅色和藍色波長的輻射，但會反射綠色波長。在夏天，葉綠素含量達到最大時，葉子對我們來說似乎是“綠色的”。在秋天，葉片中的葉綠素較少，因此紅色波長的吸收較少，且反射比例更大，使葉片呈現紅色或黃色（黃色是紅色和綠色波長的組合）。健康農作物的內部結構可充當近紅外波長的出色漫反射器。測量和監視近紅外反射率是確定植被健康（或不健康）的一種方法。植物在脅迫下反射的可見光譜中的大部分光仍在綠色范圍內。因此，用裸眼看，處于壓力下的植物與健康的植物是無法區分的。另一方面，可以看出在紅外范圍內的光反射率上的差異要小得多。

紅色

對應于600–700 nm光譜帶中的反射能量。該波段中強烈的葉綠素吸收導致反射率低。反射率與生物量，LAI（葉面積指數），土壤歷史，作物類型，濕度和植物脅迫等因素相關，差異很大。對于大多數農作物，該譜帶在植物和土壤之間形成了非常好的對比，并且被廣泛用于編制農業中大多數植被指數。

紅邊

這是一個非常窄的波段（700-730 nm），對應于近紅外的入射點。從紅色的強吸收到近紅外的充分反射，這是反射率突然變化的點。該條帶對植物脅迫非常敏感，并提供有關葉綠素的信息。

作物健康分析。植物計數。水管理。

近紅外（NIR）

對應于700 nm至1.3 μm范圍內的波長，在所研究的波段中具有最強的反射率。該反射率與植物中葉綠素水平之間有非常強的相關性。當植物處于壓力下時，該波段的反射率會發生非常顯著的變化。

與紅色光譜帶一起，紅外被廣泛用于編輯農業中的大多數植被指數

NIR對葉片的細胞結構敏感，并提供關鍵數據來監測作物健康的變化。

土壤性質和水分分析。

作物健康和壓力分析。

（1）水管理。

（2）侵蝕分析。

（3）植物計數。

健康的植被吸收藍光和紅光能量以促進光合作用并產生葉綠素。與不健康的植物相比，葉綠素含量更高的植物將反射更多的近紅外能量。因此，分析植物在可見光和紅外波長下吸收和反射的光譜可以提供有關植物健康和生產力的信息。

熱紅外

熱紅外輻射是電磁光譜的一部分，電磁光譜的波長在3.0到20微米之間。大多數遙感應用都使用8到13微米的范圍。熱紅外和紅外（彩色紅外– CIR）之間的主要區別在于，熱紅外是通過數字方式感應的發射能量，而近紅外（也稱為照相紅外）是反射能量。帶有熱像儀的無人機發展迅速，并在農業等各個領域發揮著重要作用。

（1）托兒所監控。

（2）植物生理分析。

（3）灌溉計劃。

（4）土壤鹽分應力檢測。

（5）植物病害檢測。

（6）成熟度評估。

（7）水果的青腫檢測。

（8）產量預測。

ToF 3D深度相機傳感器

除了用于農業的多光譜傳感器外，飛行時間3D相機還可以通過兩種方式幫助改善數據并提供額外的數據；

ToF攝像頭傳感器可用作高精度反應式高度計，可在捕獲多光譜圖像時為無人機提供額外的飛行穩定性。ToF 3D深度技術非常適合測量體積。這些相機傳感器可用于測量堆肥，肥料和覆蓋物等庫存。

RGB（紅色/綠色/藍色）

可見光被定義為具有在400至700nm范圍內的波長。在農業中，具有出色的萬向架和攝像頭的高品質無人機可用于目視農場檢查，高程建模甚至植物計數。

農業用多光譜相機傳感器

現在，讓我們看一下一些的多光譜成像遠程傳感器，用于分析，處理和輸出數據的必要軟件以及安裝傳感器的兼容無人機。

Sentera – 3種用于無人機的多光譜傳感器

Sentera多光譜無人機傳感器具有出眾的性能，并且在價格，質量和功能上極具競爭力。Sentera有3個用于農業的無人機多光譜傳感器。這些傳感器也可以安裝在DJI無人機上，包括DJI Mavic，Phantom 3，Phantom 4和Inspire型號。他們的傳感器產生豐富的背景顏色和近紅外（NIR）圖像數據，以將非常高的NDVI數據提供給種植者。Sentera高精度NDVI和NDRE單一傳感器：該傳感器集成到眾多無人機平臺上，使任何種植者都能快速，經濟地訪問關鍵且精確的TrueNDVI?作物數據。高精度單傳感器有兩種變體：歸一化植被指數（NDVI）和歸一化紅邊（NDRE），Sentera高精度單傳感器過濾器在污染測量之前有效地消除了帶外泄漏，導致索引錯誤。這些先進的傳感器使用戶可以更輕松地將基于衛星的索引數據與基于無人機的索引數據集成在一起。利用高精度過濾器，可為您提供有關作物健康，成熟度和活力的寶貴NDVI或NDRE信息。

這些傳感器可以產生清晰，詳細的RGB圖像或近紅外（NIR）圖像，從而使種植者可以快速生成標準化的差異植被指數（NDVI）作物圖。詳細信息級別為用戶提供了有關作物健康和成熟度的寶貴信息。

（1）輕松集成到幾乎所有系統中，包括多個DJI無人機平臺。

（2）僅有效收集準確NDVI和NDRE測量所需的精確頻段。

（3）低失真光學元件和全局快門技術可確保清晰，清晰的作物圖像。

（4）捕獲數據以創建精確的NDVI圖，為用戶提供完整的作物健康報告卡。

（5）根據數據驅動信息，幫助定制化肥，農藥和除草劑的應用。

（6）無縫數據流入AgVault軟件，可以在現場邊緣查看圖像并立即采取措施。

Sentera Quad：這是當今重量輕，結構緊湊，性能高的無人機。

這種先進的傳感器能夠識別六個特定的光帶，并能夠測量全光譜RGB以生成真實的彩色圖像。Quad傳感器為農業行業提供了關于作物健康和活力的更深刻見解。通過一次捕獲全光譜RGB圖像和全面的紅邊數據來節省時間。根據數據驅動的信息，可定制化肥，農藥和除草劑的施用。促進發現和診斷增長問題。與AgVault?兼容，因此可以組織，存儲，查看和與團隊共享數據。

Sentera Double 4k Sensor：這款農業傳感器是當今較小，較輕的Dual傳感器。它也與任何無人機兼容。Double 4k可以捕獲12百萬像素的高分辨率圖像，并具有增強的處理器，該處理器可以將精確的作物健康圖像更快地傳遞到包括Pix4D和Agisoft在內的流行縫合工具。

隨著圖像分辨率的提高和處理器速度的提高，用戶將對清晰的農作物圖完全滿意，并改進了形狀文件和針跡。通過LiveNDVI?技術將NDVI視頻實時流傳輸到移動設備。同時捕獲12兆像素NDVI和高分辨率RGB圖像。利用增強型處理器加速圖像下載。通過WiFi或有線連接即時下載圖像。易于修改以與行業技術一起發展。能夠進行4k超高清視頻捕獲。與AgVault?軟件無縫集成。

PARROT紅杉多光譜傳感器

該PARROT Sequoia 是市場上迄今較小，重量較輕的多光譜無人機遙感器之一。它捕獲跨越四個高清晰度，可見和不可見光譜帶的農作物圖像，以及RGB圖像。該解決方案使用兩個傳感器。

第二個傳感器是陽光傳感器，安裝在無人機的背面。在飛行過程中，陽光傳感器將連續感應并記錄與多光譜傳感器相同光譜帶中的光照條件。由此收集的光數據允許確認所識別的光譜特征的值。

Sequoia Sensor具有自己的GPS，IMU和磁力計，因此它不依賴于無人機獲取此位置數據。迄今為止，它可能是市場上較好的多光譜傳感器。它的一些好處如下：

確定領域中需要關注和進一步調查的問題區域。通過檢測營養缺乏癥狀來完善施肥。通過及早發現生物脅迫來優化農藥投入。通過確定懷疑有水脅迫的區域來控制作物灌溉。通過加工和利用農藝指標估算作物產量。

Sequoia Sensor兼容無人機

Sequoia 多光譜遙感系統與以下無人機完全兼容：

SenseFly eBee Ag。DJI Mavic 2 Pro。3DR Solo。DJI Phantom 3/4。DJI Inspire 1。Yuneec H.

Tetracam的ADC Lite傳感器

Tetracam的ADC Lite是一種輕量級（7盎司）多光譜遙感系統，是無人飛行器的理想解決方案。ADC Lite包含一個3.2兆像素的傳感器，該傳感器經過優化，可捕獲波長大于520 nm的可見光和高達920 nm的近紅外波長。

Tetracam多光譜軟件

PixelWrench2：是多光譜相機隨附的圖像處理軟件，可從捕獲的圖像中提取標準植被指數（例如NDVI，SAVI，冠層分割和NIR / Green比率）。

MicaSense RedEdge傳感器

RedEdge多光譜傳感系統可同時捕獲五個離散光譜帶，從而能夠為定制應用創建量身定制的索引。全局快門設計可在每個平臺上創建無失真的圖像。各種接口選項（包括獨立模式，串行，以太網和WiFi）為RedEdge集成商提供了更大的靈活性。RedEdge的落地光傳感器（DLS）可以測量飛行過程中的環境光條件，從而在變化的光照條件下獲得更準確的數據。

RedEdge無人機

RedEdge已準備好與任何無人機集成。它具有靈活的接口，包括以太網，串行和PWM / GPIO觸發，

MicraSense是分析RedEdge多光譜傳感器數據的優質軟件解決方案。

Airinov multiSPEC 4C農學傳感器

以下是用于精密農業的Aironov多光譜圖像遙感系統的主要功能。

multiSPEC 4C傳感器在四個不同的光譜帶（綠色，紅色，紅色邊緣和NIR）中測量來自農作物的反射光。

相同種類的10個視點可提高準確性。校正反射率信號以獲得絕對精度。集成的照度計可測量光強度和顏色。傳感器還記錄每張照片的地質位置和日期。廣角鏡頭具有大重疊量，可實現高速映射。典型的地面分辨率為5到15厘米。全局快門即使在有風的條件下也可以提供清晰，無失真的圖像?？梢赃m應任何無人機。