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[茶業]茶園多光譜正射影像之產製與應用

資料來源:茶葉改良場/林秀橤副研究員兼股長、財團法人農業工程研究中心/洪若彬

及時茶園監測除了可以即時進行病蟲害防治外,並可了解茶樹生長狀以及時調整茶園耕作作業。但許多茶園所處地帶為陡峻的山坡地或茶園面積廣大等因素,因此難以單靠人力方式監測陡峻或大面積茶園整體區域的狀況,為此本場團隊提供操作遙控無人機拍攝多光譜正攝影像之建置技術,以建構茶園巡查技術,透過遙控無人機的飛行輔助,減輕巡視茶園所耗費之人力,並藉由多光譜的分析,期望能監控在病蟲害嚴重發生前及茶樹生育有問題時,就以多光譜相關變化結果以反應實際茶樹生育障礙,以達到預警效果。

本研究為利用遙控無人「DJI Phantom 4 Multispectral (P4M)」機型搭配多光譜鏡頭「+ RTK」,進行5波段光譜(RGB+RE+NIR)影像製作任務,使用RGB(三原色)波段影像之地面解析度低於1公分,其餘波段之原始取樣精度低於2公分條件進行影像收集。本空拍機型之相機具備六鏡頭(Red、Green、Blue、Red Edge及Near infrared),可同步紀錄資訊,並提供現場即時顯示NDVI colormap (常態化差異植生指標,Normalized Difference Vegetation Index)拍攝之回傳畫面(圖一),可提供現地茶園最前線的茶樹生育及病蟲害監測之輔助工具。

圖一、一般可見光(RGB)與NDVI colormap於空拍機螢幕畫面示意圖。圖一、一般可見光(RGB)與NDVI colormap於空拍機螢幕畫面示意圖。

另因應考量未來影像品質之解析度不得太低,將降低飛行拍攝高度,以提升地面解析度,但因拍攝飛行高度越低,所能拍攝範圍會越小,將影響到影像間距區域與範圍,及未來後製之特徵匹配等問題,尤其是以拍攝茶園區域為例。因此本場團隊使用地面基站(RTK系統),以提高相機拍攝之坐標精度,使得影像後製匹配處理時,採用棋盤式,或線形航線規劃航空影像方法排列組合所有影像進行最佳匹配。由於P4M的為多鏡頭相機在影像間存在著相機之相位差如直接合併會有取像時間造成的影像錯位圖二左,因此本研究透過像P4M提供的相機錯位補償參數、透鏡變形量以及透過影像匹配的方式如圖修正影像的錯位,完成修正影像錯位的率定成果圖如圖二右。

圖二、P4M影像匹配修正影像錯位以及透鏡畸變前(左)後(右)。圖二、P4M影像匹配修正影像錯位以及透鏡畸變前(左)後(右)。

本研究於109年06月22日起至今已多次進行各項飛行作業,並產高空間解析度之多光譜正射影像鑲嵌供業務使用,其成果效益如圖三及圖四所示。利用本技術可以產製大面積或坡度茶園之正射影像,並配合多光譜分析,繼而快速針對茶樹生育狀況進行監測與診斷,提升巡園效率,提供高效能管理茶園之使用。

圖三、利用多光譜UAV拍攝茶園可明顯看出茶樹生長勢差異。圖三、利用多光譜UAV拍攝茶園可明顯看出茶樹生長勢差異。
圖四、利用多光譜UAV拍攝大面積茶園之NDVI數值成果圖。圖四、利用多光譜UAV拍攝大面積茶園之NDVI數值成果圖。

一、 研發團隊:茶業改良場、財團法人農業工程研究中心

二、 聯絡方式:

1. 聯絡人:林秀橤副研究員兼股長

2. 電話:049-2855106#200

3. E-mail:tres226@ttes.gov.tw

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