Imágenes multiespectrales desde dron

Una cámara común registra tres bandas del visible: azul, verde y rojo. Una cámara multiespectral registra bandas angostas, en general también en el visible, además del borde rojo y el infrarrojo cercano; estas dos últimas responden al contenido de clorofila y a la estructura del follaje. Con ellas pueden calcularse los índices de vegetación descritos en el curso correspondiente, como el NDVI o el NDRE.

Información que aportan las bandas fuera del visible

En el visible, una hoja sana absorbe casi toda la radiación azul y roja y refleja una fracción del verde. La vegetación en buen estado y la que comienza a sufrir estrés pueden verse parecidas para el ojo o una cámara de color. La banda del borde rojo responde a variaciones moderadas del contenido de clorofila que una cámara de color no distingue, y el infrarrojo cercano, donde la estructura interna de la hoja refleja con intensidad, responde a cambios en la estructura y la cantidad de follaje. Los índices combinan estas bandas para producir una medida que se relaciona con la cantidad y el estado del follaje.

Estos índices comparten las limitaciones ya conocidas, como la saturación del NDVI en doseles cerrados, que no desaparecen por provenir de un dron.

Calibración radiométrica

Un sensor registra valores digitales que dependen de la luz que llega al terreno y de los ajustes de la cámara, y no solo de la reflectancia de la superficie. Con el mismo cultivo, un día soleado y uno nublado, o dos horas distintas, producen valores digitales diferentes. Un índice calculado con esos valores no es comparable entre vuelos, y dentro de un mismo vuelo puede variar entre las franjas si la iluminación cambió. Aunque el cociente de un índice normalizado compensa en parte un cambio de luz uniforme, la exposición de cada banda y la composición espectral de la luz cambian entre tomas, de modo que la compensación es solo parcial.

La calibración radiométrica convierte el valor digital en reflectancia, una magnitud física independiente de las condiciones de iluminación. Se apoya en dos elementos.

• Un panel de reflectancia, de superficie uniforme y reflectancia conocida en cada banda. Se fotografía antes y después del vuelo, y la relación entre su valor digital y su reflectancia conocida da el factor de conversión.
• Un sensor de irradiancia, montado sobre el dron mirando hacia arriba, que mide la luz incidente en cada fotografía. Corrige los cambios de iluminación ocurridos durante el vuelo, como el paso de una nube.

Un mismo lote ficticio, representado como una grilla de píxeles, fotografiado en dos vuelos con iluminación distinta: uno con sol y otro con nubosidad parcial. En cuatro pasos se observa que, sin calibrar, el valor registrado en una banda, en una misma zona del lote, difiere entre los dos vuelos aunque el cultivo no haya cambiado; que un panel de referencia y un sensor de irradiancia permiten convertir los valores a reflectancia; y que, una vez calibrados, coinciden la reflectancia de los dos vuelos y el índice calculado con ella. Los valores son ilustrativos.

La calibración reduce la dependencia de la iluminación, aunque no la elimina. Persisten las diferencias debidas a la geometría del sol y de la cámara, a las sombras y a la variación del brillo con el ángulo de observación. Por eso los vuelos que se van a comparar se hacen con una geometría de iluminación semejante.

Diferencias con los índices satelitales

Un índice satelital promedia en cada píxel una superficie que va desde alrededor de un metro hasta cientos de metros por lado, según el instrumento, de modo que mezcla copas, suelo, sombras y sus alrededores. Es el caso de los píxeles mixtos. Un píxel de dron tiene unos pocos centímetros y puede separarse la vegetación del suelo y de la sombra, de modo que el índice se calcula solo sobre las plantas. El valor medio de un lote obtenido con cada fuente no coincide por esa razón, y una diferencia entre ambos no indica un error de alguna de ellas.

Hay además diferencias de bandas, porque la posición y el ancho de la banda del infrarrojo cercano y del rojo varían entre instrumentos, y de geometría de observación, porque el dron observa desde baja altura y con un ángulo distinto. Las imágenes satelitales deben corregirse por el efecto de la atmósfera, que el vuelo a baja altura reduce pero no anula. Los valores de un mismo índice, por consiguiente, no son intercambiables entre fuentes y se interpretan dentro de cada una.

El dron sirve para explicar lo que contiene un píxel satelital: permite ver si una caída del índice proviene de pocas plantas muy afectadas o de un conjunto levemente afectado, y si el suelo descubierto o las sombras influyen en el promedio.