在MAPIR 相機(jī)控制應(yīng)用程序中校準(zhǔn)圖像

本頁(yè)解釋了我們?nèi)绾我约盀楹涡?zhǔn)用于測(cè)量材料（例如農(nóng)田中的植被）反射率的圖像。

為什么需要校準(zhǔn)？ 

我們的太陽(yáng)發(fā)出大量光譜，被地球表面的物體反射。可以使用相機(jī)以相機(jī)傳感器敏感的波長(zhǎng)捕獲這種反射光。我們提供的傳感器基于對(duì)約 400-1100nm 可見(jiàn)光和近紅外光譜敏感的硅。使用僅允許窄光譜光到達(dá)傳感器的帶通濾光片，我們可以捕獲物體對(duì)該特定光帶的反射率。

例如，如果相機(jī)的濾光片選擇峰值波長(zhǎng)為 650nm 的 25nm 寬帶，它只會(huì)捕獲太陽(yáng)發(fā)出的反射“紅色”650nm 光。因此，圖像中的每個(gè)像素都是允許通過(guò)“紅色”濾光片的反射光的百分比。

根據(jù)圖像比特率，像素的值范圍從最小值到最大值。比特率越高，可以存儲(chǔ)在圖像中的信息就越多。傳感器以 RAW 格式捕獲每張圖像，然后保存 RAW 或?qū)⑵滢D(zhuǎn)換為更常見(jiàn)的格式（通常通過(guò)壓縮）。Survey3 相機(jī)每個(gè) RGB 通道捕獲 12 位 RAW 照片，然后轉(zhuǎn)換為 16 位，這意味著像素值范圍從 0 到 65,535。當(dāng)相機(jī)保存 8 位 JPG 時(shí)，它會(huì)壓縮（刪除）像素，只留下 0 到 255 的范圍。由于我們正在捕捉光的反射率而不是試圖制作“漂亮的圖片”，我們希望始終使用 RAW 格式，如果可能的。如果您需要 JPG，您可以使用MAPIR Camera Control (MCC)輕松地將 RAW 轉(zhuǎn)換為 TIFF 到 JPG  （見(jiàn)下文）。

確保調(diào)整相機(jī)設(shè)置（快門(mén)速度、ISO、EV）以確保沒(méi)有像素達(dá)到最大像素值也很重要。如果像素通常高于最大值，則信息將丟失。您可能會(huì)注意到來(lái)自 Survey3 相機(jī)的圖像看起來(lái)很暗。這是正常的，因?yàn)槲覀冊(cè)O(shè)置了默認(rèn)設(shè)置以防止像素達(dá)到最大值。請(qǐng)記住，您捕獲的是反射率的百分比，而不是制作“漂亮的圖片”。

這就把我們帶到了校準(zhǔn)上。僅僅因?yàn)槲覀冊(cè)诿總€(gè)像素中捕獲了一定百分比的反射率，我們?cè)趺粗浪欠裾_？然后我們需要一些東西來(lái)使用已知的反射率值校準(zhǔn)每個(gè)像素。為此，我們?cè)诿看慰睖y(cè)之前拍攝我們的 MAPIR 相機(jī)反射率校準(zhǔn)地面目標(biāo)包的照片 ，其中包含 4 個(gè)目標(biāo)，這些目標(biāo)已由光譜儀（校準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)室儀器）以增量波長(zhǎng)測(cè)量。然后將捕獲的目標(biāo)圖像的像素值與目標(biāo)的已知反射率值進(jìn)行比較。在MAPIR Camera Control (MCC) 和MAPIR Cloud中使用此信息，然后我們將像素值轉(zhuǎn)換為反射率值。

歸一化差異植被指數(shù) (NDVI) 是最常見(jiàn)的分析方法，它比較反射的紅色/橙色和近紅外 (NIR) 光來(lái)評(píng)估植物最“健康”的位置。我們假設(shè)給定單一作物的樣本區(qū)域，反射更多近紅外光的植物將進(jìn)行更多的光合作用，因此更健康（反之亦然）。如果某個(gè)植物區(qū)域的 NDVI 值更高，那么那里的植物可能更健康。無(wú)論您執(zhí)行何種索引分析，您還必須對(duì)主題區(qū)域進(jìn)行物理檢查以驗(yàn)證您的結(jié)果，這一過(guò)程通常稱(chēng)為“ground truthing”。

如何校準(zhǔn)圖像

在校準(zhǔn)之前，您需要將不屬于主要調(diào)查的圖像移動(dòng)到單獨(dú)的文件夾中。如果您在第一個(gè)測(cè)量航點(diǎn)之前或最后一個(gè)航點(diǎn)之后有任何額外的圖像，您需要將它們移動(dòng)到這個(gè)單獨(dú)的文件夾中。如果您有任何在地面上拍攝的圖像，包括其中包含校準(zhǔn)目標(biāo)的圖像，您還需要將它們放入單獨(dú)的文件夾中。主文件夾中的圖像應(yīng)僅包含您的主題/調(diào)查區(qū)域的圖像。這有助于提高生成的校準(zhǔn)圖像的對(duì)比度。

要開(kāi)始校準(zhǔn)，請(qǐng)打開(kāi)MAPIR Camera Control (MCC) 并單擊校準(zhǔn)選項(xiàng)卡：

為了使像素?cái)?shù)據(jù)的縮放比例相同，您需要將所有相機(jī)加載到要校準(zhǔn)的校準(zhǔn)窗口中。例如，如果您想用 Survey3W_NGB 相機(jī)校準(zhǔn) Survey3W_RGN，您可以為兩個(gè)相機(jī)選擇相機(jī)型號(hào)、鏡頭和濾鏡，如下所示：

如果您在測(cè)量之前拍攝了 MAPIR 相機(jī)反射率校準(zhǔn)地面目標(biāo)包的圖像 （推薦），則單擊第一個(gè)瀏覽按鈕并選擇 QR 目標(biāo)圖像。然后單擊該瀏覽按鈕旁邊的“生成校準(zhǔn)值”按鈕。當(dāng)軟件檢測(cè)到 QR 目標(biāo)時(shí)，右側(cè)的對(duì)話(huà)框會(huì)提示您是否成功。為您正在校準(zhǔn)的每臺(tái)相機(jī)執(zhí)行此操作。

如果沒(méi)有圖像能夠用于檢測(cè) QR 碼，程序?qū)⒆詣?dòng)使用我們提供的硬編碼值，這些值是在晴朗的晴天拍攝的。如果使用硬編碼值，可能會(huì)有輕微的不準(zhǔn)確，因此請(qǐng)確保在調(diào)查前不久拍攝一些目標(biāo)的良好圖像以獲得更好結(jié)果。

在軟件為每個(gè)相機(jī)獲得必要的校準(zhǔn)值后，單擊“生成校準(zhǔn)值”按鈕下方的每個(gè)相機(jī)的瀏覽按鈕以選擇該相機(jī)的輸入圖像目錄。您正在瀏覽一個(gè)文件夾，而不是單個(gè)圖像，因此您不會(huì)在輸入文件夾瀏覽器中看到圖像。校準(zhǔn)將校準(zhǔn)所有輸入文件夾中的所有圖像，因此請(qǐng)確保其中沒(méi)有任何不需要的圖像。通常最好通過(guò)刪除所有不需要的照片或?qū)⑺姓掌苿?dòng)到另一個(gè)文件夾來(lái)清理輸入文件夾，例如在主要調(diào)查之前和之后由相機(jī)拍攝的照片。然后按窗口底部的校準(zhǔn)按鈕進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)時(shí)程序可能會(huì)凍結(jié)并變得無(wú)響應(yīng)，這是正常的。

Calibrated_1 文件夾將自動(dòng)在校準(zhǔn)圖像的輸入文件夾中創(chuàng)建。如果您希望將校準(zhǔn)的 TIFF 轉(zhuǎn)換為 JPG，請(qǐng)?jiān)诎聪滦?zhǔn)按鈕之前選擇“將校準(zhǔn)的 TIFF 轉(zhuǎn)換為 JPG”框。

進(jìn)一步處理校準(zhǔn)圖像

圖像中的每個(gè)像素現(xiàn)在代表拍攝區(qū)域的反射率百分比。他們可能會(huì)很黑，但不要擔(dān)心這是正常的。請(qǐng)記住，您正在捕獲反射率信息，而不是漂亮的圖片。

如果您校準(zhǔn)了每張照片，您現(xiàn)在需要將圖像上傳到您選擇的軟件以生成正射馬賽克圖像。

如果您的正射鑲嵌生成軟件沒(méi)有內(nèi)置光柵/索引計(jì)算器，您可以按照以下指南計(jì)算所需的索引并應(yīng)用顏色漸變 (LUT)：

打開(kāi) MAPIR Camera Control (MCC)并單擊頂部的查看器選項(xiàng)卡。查看器允許您查看通常太暗而無(wú)法在其他照片瀏覽器中看到的圖像。您可以直接從相機(jī)或拼接的正射鑲嵌圖像中查看和轉(zhuǎn)換單個(gè)圖像。單擊“瀏覽”按鈕可在 MCC 的“處理”選項(xiàng)卡中打開(kāi)先前從 RAW 轉(zhuǎn)換的 TIFF 圖像（您也可以在查看器中打開(kāi) JPG）。

這是一張未校準(zhǔn)的 TIFF 圖像，由 Survey3W RGN 相機(jī)在釀酒廠(chǎng)（葡萄）上空拍攝：

在這個(gè) RGN 相機(jī)模型中，反射的紅光在圖像的紅色通道中被捕獲，而反射的近紅外 (NIR) 光主要在圖像的藍(lán)色通道中。

如果要將圖像拆分為其 RGB 通道，這里是紅色通道（左/上）和藍(lán)色通道右/下）：

（圖像被裁剪。）

白色/灰色行是葡萄藤，在紅色通道中顯示為灰色，在藍(lán)色通道中顯示為白色。像素值范圍從黑色（無(wú)反射）到白色（全反射）。植物在光合作用過(guò)程中反射大量近紅外光，這就是為什么藍(lán)色近紅外通道顯示植物為白色而地面為黑色的原因。我們還沒(méi)有校準(zhǔn)圖像，所以現(xiàn)在讓我們這樣做：

在 MCC 的 Calibrate 選項(xiàng)卡下，加載我們的相機(jī)校準(zhǔn)板套裝的照片， 同時(shí)選擇葡萄上帶有 TIFF 圖像的文件夾。單擊 Generate Values 按鈕，然后單擊底部的 Calibrate：

返回查看器選項(xiàng)卡，瀏覽校準(zhǔn)照片：

請(qǐng)注意，圖像整體上的綠色要少得多，這是校準(zhǔn)的結(jié)果之一。另一個(gè)是索引值現(xiàn)在已經(jīng)正確校準(zhǔn)了，接下來(lái)讓我們看看。

單擊“計(jì)算索引”按鈕以顯示光柵計(jì)算器。讓我們?yōu)楸窘坛踢x擇 NDVI 指數(shù)。NIR 光主要存儲(chǔ)在藍(lán)色圖像通道中，因此將 Y 下拉菜單更改為 @Band3（藍(lán)色通道）。X 下拉菜單應(yīng)為 @Band1(Red Channel) 以表示紅色圖像通道：

單擊“應(yīng)用”按鈕，查看器中的圖像將變?yōu)楹诎住?/span>這是 NDVI 指數(shù)圖像，黑色像素代表低指數(shù)值，白色像素代表高值。您可以在圖例區(qū)域的右側(cè)看到像素值范圍。對(duì)于 NDVI 指數(shù)，低（黑色）像素值意味著該像素具有比 NIR 反射更多的紅光，因此不是進(jìn)行光合作用的健康植被。高（白色）像素值則相反，它具有比紅光更多的 NIR 光，通常是健康的植被。

如您所見(jiàn)，圖像的像素范圍從 -0.36 到 0.44。當(dāng)使用 NDVI 公式時(shí)，植被的 NDVI 值通常在 0.2 到 0.9 之間。現(xiàn)在讓我們添加一些顏色，以便我們可以更好地看到地面和植物之間的對(duì)比，以及植物本身的對(duì)比。

單擊“配置 LUT”按鈕以顯示顏色映射 (LUT) 窗口。讓我們選擇 Lut：RrYyGg，Classes：7 顏色和 Clip：Background Grayscale。點(diǎn)擊“應(yīng)用”按鈕：

在仍然打開(kāi)的顏色映射 (LUT) 窗口中，您會(huì)注意到 Min 和 Max 像素值有可編輯的值。這些值表示基于所選剪輯應(yīng)用顏色的像素值范圍。以下是剪輯選項(xiàng)：

• 純色：此選項(xiàng)采用末端 lut 中的顏色，并將最小/最大像素范圍之外的所有像素設(shè)置為 lut 的最小和最大顏色。

• 透明：此選項(xiàng)使最小/最大范圍之外的所有像素透明（透視）。這在將圖像相互疊加時(shí)很有用，例如具有 RGB 圖像基礎(chǔ)層且只有植被根據(jù) lut 著色的合成圖像。

• 背景灰度：此選項(xiàng)將最小/最大范圍內(nèi)的像素與顏色 lut 和外部像素設(shè)置為索引圖像的相同灰度。

• 背景原始：此選項(xiàng)將最小/最大內(nèi)的像素設(shè)置為具有顏色 lut 的像素，并將這些像素設(shè)置為原始圖像之外的像素。

回到我們的示例，讓我們將 min 更改為 0，并將裁剪更改為“Background Original”，這樣我們就可以看到 lut 顏色只有 NDVI 索引像素從 0 到 0.44，然后在其他像素中顯示原始圖像：

然后，您可以單擊“保存”按鈕來(lái)保存此 lut 圖像。