Drone che cattura immagini iperspettrali di terreni agricoli. Credito:VITO Telerilevamento/Cubert
L'agricoltura di precisione è destinata a diventare ancora più precisa con una nuova fotocamera che si basa sull'imaging satellitare.
Grazie alla ricerca con l'ESA sulle nuove fotocamere, le telecamere iperspettrali che volano sui droni sono ora in grado di vedere dettagli piccoli fino a 4-5 cm.
Tre clienti stanno già utilizzando la prima versione della fotocamera ButterflEYE LS:in Danimarca per studi sulla diversità biologica, in Australia per la ricerca agricola, e in Italia per la fornitura di dati commerciali agli agricoltori.
Le esperienze verranno riportate nella versione commerciale finale.
"I nostri primi clienti erano davvero desiderosi di ottenere l'alta risoluzione, che è il meglio che puoi ottenere attualmente da un prodotto iperspettrale, " nota René Michels, CEO dello specialista tedesco Cubert, che ha collaborato con la società belga VITO Remote Sensing e imec per lo sviluppo della fotocamera.
La telecamera sfrutta il potenziale di un nuovo chip di imaging iperspettrale di imec combinandolo con l'elaborazione delle immagini di VITO perfezionata lavorando con l'ESA sui satelliti di telerilevamento.
Con un peso di soli 400 g, la potente fotocamera si adatta facilmente a un piccolo aereo senza pilota per fornire misurazioni dettagliate per l'agricoltura di precisione, ma ha anche un potenziale nella silvicoltura, monitoraggio della biomassa, gestione dei rifiuti e dell'inquinamento.
Sfruttare il potere del colore
"L'imaging iperspettrale cattura molte bande di lunghezza d'onda molto strette nel visibile e nel vicino infrarosso invece delle più tipiche tre o quattro bande spettrali larghe:rosso, verde, blu e, A volte, infrarossi."
Rilevamento della malattia da fuoco batterico nei frutteti di pere a St Truiden, Belgio, ottenuto mediante analisi basate su dati RGB e iperspettrali prelevati da un drone. Credito:VITO Telerilevamento
"Immaginando il mondo con più colori, puoi rilevare determinati fenomeni più velocemente e con maggiore precisione, " spiega Bavo Delauré di VITO Remote Sensing.
"Una fotocamera più sensibile alle sottili differenze di colore ti consente di identificare i problemi che non puoi vedere a occhio nudo o con una normale fotocamera finché non è troppo tardi per risolverli".
Storicamente, è stato utilizzato un prisma per separare i colori, ma ciò si traduce in ottiche complesse e fotocamere più grandi. Dopo il lavoro di VITO sul satellite Proba-V, Luca Maresi dell'ESA ha lanciato all'azienda la sfida di produrre una fotocamera iperspettrale leggera basata su una tecnologia diversa.
L'approccio iniziale utilizza un filtro variabile davanti al rivelatore, creando uno strumento compatto come una normale telecamera a colori e quindi adatto all'uso su piccoli satelliti e droni. Uno è utilizzato da Dutch Cosine Research nella loro fotocamera HyperScout per GomX-4B CubeSat, da lanciare quest'anno.
Lo spin-off spaziale aiuta sulla Terra
Per rendere la fotocamera ancora più versatile e adatta alla produzione di massa, imec ha creato un sensore ultra-piccolo con il filtro iperspettrale incorporato. Cubert ha utilizzato questo sensore filter-in-chip nella sua nuova fotocamera ButterflEYE LS.
Le telecamere iperspettrali producono enormi quantità di dati che devono essere scaricati nell'ambiente di cloud computing di VITO per essere elaborati per produrre le informazioni richieste, comprese mappe d'azione per aiutare il cliente.
"Devi sapere dove guardare nello spettro dei colori per identificare i cambiamenti che stai cercando e ricavare le informazioni richieste, " spiega Bavo.
"Inoltre, l'imaging basato sui droni è, in alcuni aspetti, più complicato perché i satelliti volano in una traiettoria regolare, considerando che i sistemi ad ala rotante e fissa sono più sensibili ai movimenti dell'aria e meno stabili dei satelliti, " aggiunge René di Cubert.
Immagini iperspettrali dei campi di fragole a St Truiden, Belgio. Credito:VITO Telerilevamento
"Produce un'enorme quantità di dati con cui è complesso lavorare, e non avremmo potuto raggiungere questo obiettivo senza la competenza di VITO nell'elaborazione delle immagini."
L'osservazione della Terra è più di una semplice elaborazione delle immagini
"Molte persone pilotano droni e pensano di poter fare l'osservazione della Terra, ma è molto più complicato di così, " sottolinea Sam Waes della società belga Verhaert, parte della rete di programmi di trasferimento tecnologico dell'ESA.
"VITO ha una conoscenza dettagliata di come estrarre informazioni dai dati iperspettrali e aveva già sviluppato un prototipo di fotocamera. Quindi abbiamo svolto alcuni studi di fattibilità di marketing con loro per identificare le opportunità per portarla sul mercato.
"Il risultato finale è molto entusiasmante. Ora abbiamo una fotocamera estremamente piccola ed efficiente per le osservazioni dell'agricoltura locale dal riutilizzo della tecnologia spaziale, una fotocamera in grado di fornire misurazioni più dettagliate ed esatte rispetto a quanto disponibile fino ad ora."
Ulteriori progressi in corso con l'ESA
Il passaggio successivo consiste nell'aggiungere l'elaborazione autonoma, che VITO e Cubert sperano di fare quando la ButterflEYE LS passerà a un'offerta completamente commerciale nel 2018. Quindi gli utenti possono eseguire l'elaborazione da soli, invece di adesso con il supporto di VITO.
Un consorzio che coinvolge VITO ha già lavorato con l'ESA per ottimizzare il software per i satelliti, con il risultato che lo strumento HyperScout ora ha una propria elaborazione a bordo.
"Questa è una grande rivoluzione nel modo in cui gestiamo i satelliti. Ora abbiamo un sistema molto piccolo in grado di fornire informazioni in tempo reale pronte per l'uso, ad esempio su incendi boschivi o disastri naturali, " spiega Luca Maresi.
Altri sviluppi previsti includono un chip molto più sensibile – 12 megapixel invece degli attuali 2 megapixel – che è ora in fase di sviluppo nell'ambito di un contratto ESA da un consorzio guidato da VITO.
