Contributions to hyperspectral acquisition and processing for UAV based systems
- Autores: Pablo Horstrand Andaluz
- Directores de la Tesis: Jose Francisco López Feliciano (dir. tes.), Sebastián López Suaréz (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria ( España ) en 2019
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Antonio Núñez Ordóñez (presid.), Roberto Sarmiento (secret.), Juan Carlos López López (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Tecnologías de Telecomunicación e Ingeniería Computacional por la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: acceda
- Resumen
Resulta evidente que los vehículos aéreos no tripulados, también conocidos como drones, actualmente tienen un papel importante en el mercado, ya que constituyen soluciones atractivas y asequibles para los usuarios que quieran hacer uso de los mismos como herramientas de ocio. No obstante, el valor añadido real que amplía el espectro de aplicaciones, viene determinado por la carga útil que pueden transportar, normalmente sensores y sistemas electrónicos o mecánicos. Estos permiten el uso de estos vehículos en diferentes áreas como agricultura, medioambiente, seguridad o mineralogía, por definir algunos ejemplos. Rara vez una única tecnología por sí sola es suficiente para resolver los problemas, y se requiere de una combinación de varias de ellas para alcanzar una solución más inteligente y productiva. Este es el caso de la tecnología hiperespectral, tradicionalmente embarcada a bordo de satélites y aviones para adquirir información de la superficie terrestre, obteniendo para cada píxel de la imagen una gran cantidad de información relacionada con las propiedades fisicoquímicas de la materia. La miniaturización de este tipo de sensores ha posibilitado su integración en drones a un coste muy inferior, dando como resultado una mejor resolución espacial y temporal.
Sin embargo, para conseguir aprovechar todas las ventajas que estos sistemas pueden aportar a la aplicación en concreto, se tienen que llevar a cabo varios pasos. En esta Tesis doctoral, se propone una nueva metodología para usar tecnología hiperespectral en aplicaciones reales basadas en el uso de drones, tratando de reducir el espacio existente entre adquisición y procesamiento de imágenes hiperespectrales, y aplicando los resultados a un caso particular: la agricultura de precisión.
Este documento presenta el proceso de construcción de una plataforma hiperespectral, detallando las dificultades encontradas por el camino y cómo han sido resueltas. En primer lugar, se ha desarrollado una plataforma de vuelo basada en un vehículo aéreo no tripulado y una cámara hiperespectral pushbroom VNIR, con el fin de adquirir imágenes sobre diferentes campos de cultivo. Asimismo, las imágenes capturadas son tratadas en una cadena de preprocesamiento para prepararlas para un posterior procesamiento encaminado a la extracción de información para la aplicación. Un algoritmo, denominado Line-by-Line Anomaly Detection (LbL-AD) ha sido desarrollado, con el fin de detectar anomalías en tiempo real en imágenes capturadas por sensores de tipo pushbroom. A su vez, un entorno de simulación hiperespectral ha sido creado para la generación de escenarios virtuales que son una fiel representación de la realidad y que tienen como objetivo, permitir la correcta validación de los algoritmos hiperespectrales. Esto es de especial relevancia en un ámbito como la agricultura, donde la disponibilidad para realizar pruebas es reducida debido al carácter estacional de las cosechas. Finalmente, la información recolectada durante todas las misiones de vuelo realizadas, ha sido procesada con algoritmos del estado del arte para obtener mapas de índices de vegetación, clasificación y de abundancia, que proporcionan información relacionada con el estado de salud de la cosecha, las posibles diferencias entre elementos presentes y posibles variantes de vegetación en un mismo terreno.
Los experimentos realizados demuestran que la teledetección es mucho más que simplemente la observación terrestre de grandes extensiones de terreno cada cierto tiempo. El tablero ha cambiado considerablemente con la aparición de los vehículos aéreos no tripulados, y la posibilidad de customizar los sistemas, lo que ha permitido la utilización de esta tecnología en aplicaciones en tiempo real que requieren de respuestas inmediatas, complementando los métodos tradicionales de monitorización.
