Multispectral analysis of vegetation for remote sensing applications

Abstract

Resumen-En este documento se presenta el desa-rrollo de una herramienta de hardware y software para análisis de coberturas vegetales mediante técnicas de sensado remoto. Inicia con un estudio de la interacción de las ondas electromagnéticas en las hojas de las plan-tas según el modelo de placa sencilla y múltiple para el espectro del visible y el infrarrojo, que permite me-diante una aplicación desarrollada en Python encontrar la firma espectral de coberturas según parámetros de las hojas (conocido como un modelo de inversión), que da cuenta de una aproximación de lo que puede ocurrir con la reflectancia de la superficie de las hojas. Se ex-plica también el desarrollo de un sistema de adquisición y procesamiento de imágenes en las bandas del visible e infrarrojo cercano para su uso en agricultura de preci-sión mediante un vehículo aéreo no tripulado VANT. Palabras clave-Índice de vegetación, vehículo aéreo no tripulado, sensado remoto, software libre. Abstract-This paper describes the development of a hardware and software tool for analysis of vegetation cover using remote sensing techniques. Begins with a study of the interaction of electromagnetic waves in the leaves of plants on the single and multiple plate models for the spectrum of visible and infrared, which allows using an application developed in Python found the spectral signature of coverage according to parameters of the leaves (known as an inversion model), which accounts for an approximation of what may occur with the reflectance of the surface of the leaves. The development of a system for acquiring and processing images in the visible and near infrared bands for use in precision agriculture through an unmanned aerial vehicle UAV is also explained. Keywords-Vegetation index, unmanned aerial vehicle uav, remote sensing, free software. 1. INTRODUCCIÓN La agricultura de precisión (AP) es una tecno-logía que ha revolucionado la forma de cultivar en el mundo y poco a poco ha logrado un lugar im-portante en el ámbito de las investigaciones [1]. Es una estrategia holística y ambientalmente ami-gable, en la cual los agricultores pueden variar las entradas y métodos de cultivos, incluyendo la apli-cación de semillas, fertilizantes, pesticidas, agua, selección variable, siembra, labranza, riego y co-secha para manejar la variabilidad del suelo y las condiciones del cultivo a lo largo del campo [2]. Esta metodología busca aplicar insumos agrícolas en el lugar y el instante adecuados para mejorar la producción, disminuir sus costos y reducir el uso de agroquímicos [3]. La teledetección (sensado remoto) es la cien-cia de adquirir y procesar información de la su-perficie terrestre desde sensores y otros instru-mentos instalados en plataformas espaciales, aviones y dirigibles, gracias a la reflectancia, es decir, la interacción de la energía electromagné-tica que existe entre el sensor y la tierra [4]. Los sensores remotos han tenido un rol importante en la clasificación de cultivos, sanidad vegetal y evaluación de rendimientos. Diferentes relaciones o razones de datos multiespectrales y esquemas de clasificación se han aplicado dependiendo del área geográfica, diversidad de cultivos, tamaño