OAK相机扩展NDVI功能检测植物健康情况 -

OAK相机扩展NDVI功能检测植物健康情况

by OAK中国
in OAK应用指南
on 2024年7月31日

什么是NDVI？

首先，NDVI代表归一化差异植被指数。这听起来很花哨，但这实际上只是衡量植物健康的一种高级方法。NDVI摄像机使用可见光和近红外 (NIR) 光捕获图像。健康的植物反射更多的近红外光并吸收更多的可见光，而生病的植物反射更少的近红外光。通过比较这些反射，NDVI相机可以确定哪些植被生长旺盛，哪些植物需要看医生了。

NDVI如何工作？

让我们把它分解，不要太令人讨厌。这里的基本思想:

捕获: NDVI摄像机捕获可见光 (我们看到的颜色) 和近红外 (我们看不到) 波长的光。
计算: 相机使用公式计算图像中每个像素的NDVI值。公式为: visible = cv2.imread(‘color-image.png’) nir = cv2.imread(‘nir-image.png’) # Only get red color from the BGR frame _, _, band_red = cv2.split(visible) # Allow division by zero np.seterr(divide=’ignore’, invalid=’ignore’) diff = nir_frame.astype(float) – band_red.astype(float) sum = nir_frame.astype(float) + band_red.astype(float) ndvi = np.divide(diff, sum)
可视化 : NDVI值的范围为-1至 + 1，其中较高的值表示较健康的植被。然后将这些值显示在颜色编码的地图中，从而很容易发现健康区域 (通常是绿色) 和生病区域 (通常是红色或黄色)。

NDVI在农业中哪里有用？

NDVI相机就像你的团队里有一个植物低语者。以下是他们如何彻底改变你的耕作方式:

作物监控: 想象一下，在您的田地上空飞行配备NDVI摄像头的无人机。在几分钟之内，你就有了一张详细的植被生长健康情况分布地图。
灌溉管理: 水是宝贵的，NDVI可以帮助您明智地使用它。通过识别干旱或过度灌溉的地区，您可以微调灌溉系统，以确保每株植物都能获得适量的水。
肥料优化: 过度施肥与施肥不足一样糟糕。NDVI相机可帮助您在需要的地方精确施肥，减少浪费并提高作物产量。
病虫害检测: 及早发现病虫害可以挽救您的农作物。NDVI相机可以在肉眼可见之前发现植物中的虫害区域，以便及时干预。

NDVI相机的硬件

对于NDVI感知，您需要颜色和NIR感知。我将介绍两个选项，它们各有优缺点。

单传感器，可切换IR过滤器，我们的 [** OAK模块化相机主控 ](https://www.oakchina.cn/product/oak-ffc-4p/) 相当灵活-您可以轻松地将各种相机模块连接到它，并且开箱即用。oak支持的相机模块之一IMX477，选择带有可切换的IR滤镜，也可以在oakchina店铺咨询我们购买到

通过一个小的修改 (将电缆适配器上的FSIN信号焊接到相机上的IR过滤器引脚)，我们能够从 [ 脚本节点 ] 控制IR过滤器 (https://docs.oakchina.cn/projects/api/components/nodes/script.html) 与GPIO。因此，如果将GPIO设置为1，则相机将仅看到可见光。如果将GPIO设置为0，则相机将仅看到NIR光谱。当相机不移动时，NIR和可见光的帧无论多远的距离，都是完全对齐的

script = pipeline.create(dai.node.Script)
script.setScript("""
import GPIO
MX_PIN = 40 # OAK-FFC-4P R5

toggleVal = True
GPIO.setup(MX_PIN, GPIO.OUT, GPIO.PULL_DOWN)
GPIO.write(MX_PIN, toggleVal)

while True:
    data = node.io['in'].get()
    node.warn('GPIO toggle: ' + str(toggleVal))
    toggleVal = not toggleVal
    GPIO.write(MX_PIN, toggleVal)
""")

我们制作了 ** 一个简短的脚本 **，让您切换红外滤镜并保存帧，以便您以后可以分析它们。

用oak相机实现的其他同步方案：

1、方案多传感器方法：我们的一些客户也采用了多传感器方法，因此一个传感器用于颜色感知，一个传感器用于NIR感知。这里的好处是传感器可以硬件同步 (https://www.oakchina.cn/2022/06/21/sync_frames/#i-2)，这意味着即使在相机移动时，您也可以同步NIR和彩色帧。缺点是这些帧没有完全对齐。

2、使用相机内置的多相机硬件对齐

另一个选择是使用 [ ImageAlign节点 **](/ image_align/)，如果知道深度平面 (到作物的距离)，它可以对齐来自两个不同传感器的流。

当然，使用我们的带滤光片程序切换的imx477，是一个简单易于实现的方案。大家如果有项目需求，可以尝试。

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