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【農業xセンシング技術】5分長くドローンを飛ばすべき5つの理由

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【農業xセンシング技術】5分長くドローンを飛ばすべき5つの理由

株式会社ジェピコは、AgEagle社(MicaSenseeBee)の正規代理店です。
参考記事: 5 reasons to fly 5 minutes longer - AgEagle Aerial Systems Inc.

低いオーバーラップ率でデータを取得・処理する方法が、農業用ドローン業界で注目を集めています。この方法の狙いは、画像のオーバーラップ率を減らすことで全体の飛行時間を短縮し、ドローン操縦者の時間とコストを節約することです。この方法は確かに時間を節約できますが、一長一短ともいえます。その理由は、現場での数分を節約する代わりに、精度や解像度を犠牲にしてしまうためです。

実際に調査したところ、標準的なオーバーラップ率(70%)で飛行する場合でも、低いオーバーラップ率(25%)で飛行する場合と比較して、飛行計画にかかる時間はたった5分しか変わらないことがわかりました。


ここでは、「たった5分」飛行時間を増やすべき理由を5つご紹介します:

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目次

1. DSM

DSM
ブドウ畑のDSM(デジタル表面モデル):起伏のある地形や植物の高さの違いが示されています。(Agromapping提供)

DSM

標準的なオーバーラップ率のデータからのみ作成可能なものの1つが、デジタル表面モデル(DSM)です。DSMは、農学者にとって非常に有用なツールであり、主に地表の特性や水の流れを評価する際に活用されます。
たとえば、以下の画像では、ある農学者がNDVI(正規化植生指数)とDSMを組み合わせて、クライアントのジャガイモ畑の広範囲にわたる過剰灌水を特定しました。このような問題は、植生指数だけでは特定が難しい場合があります。理由としては、植生指数は主に植物のストレスや病害の検出に焦点を当てているためです。

DSM

DSMは、高度な写真測量プロセスを通じて作成されます。このプロセスでは、異なる角度から撮影された画像の共通点を比較・一致させ、捕捉したエリアの3次元モデルを構築します。共通点が多いほどモデルの精度が高くなり、結果として作成されるモザイク画像に現れるアーティファクト(ノイズ)が少なくなります。

一方、低いオーバーラップ率で処理を行う方法は、携帯電話がパノラマ写真を作成するのと似たような手法で、画像をつなぎ合わせます。この方法では、画像間の共通点が少なく、融合される部分が多いため、正確なモデルを作成するための比較ポイントが不足し、3D出力を作成することができません。

2. 傾斜地形

傾斜した地形
異なる地形で撮影した画像をつなぎ合わせる際、高いオーバーラップ率は正確な3Dモデリングに欠かせません。オーバーラップが不足していると、各画像に共通する参照点が不足し、その結果として、オブジェクトの位置ずれや距離の歪みといったアーティファクトがモザイクに現れます。

十分なオーバーラップがあれば、出力されるのは真のオルソモザイクで、地形を正確にモデル化し、精密な測定に使用することができます。低いオーバーラップ率のデータでは、地形が完全に平坦であり、かつ飛行中にカメラが完全に鉛直(下向き)であった場合のみ、品質の高い結果が得られます。

3. 日光の反射

日光の反射
太陽の反射光は、航空機が移動するにつれて地上に沿って動いているように見えます。これは非常に明るい例です。通常時の反射の問題はもっと微妙ですが、それでも出力に大きな影響を与えます。

また植物は多くの太陽光を吸収しますが、その一方で多くの光を空やカメラに反射させます。太陽の光や植物の反射はどちらも拡散的ではなく(すなわち、すべての方向に均等に散乱しないため)、これが撮影した各画像に明るいスポットやグラデーションを引き起こします。これらの明るいスポットの位置は、太陽とカメラの地面に対する向きや角度の組み合わせによって決まります。

もし複数の重複した画像が同じエリアをカバーしている場合、異なる画像のデータを組み合わせることで、グラデーションや太陽光による斑点を排除または大幅に減少させることが可能です。上の例では、太陽光の反射がそれぞれの画像に見られますが、角度の違いにより、反射光の位置は各画像で異なります。この問題を解決する簡単な方法の一つは、下の画像を上の画像の後ろに重ね、さらにその上に三番目の画像を重ねることで、太陽の反射光を完全に隠すことです。ただし、この方法は十分なオーバーラップが必要です。
日光の反射

太陽光の反射を修正する簡単な方法の一つは、下の画像を上の画像の後ろに重ね、さらにその上に三番目の画像を重ねることで、反射光を完全に隠すことです。

さらに、複数の重複した画像があることで、異なる角度からの表面反射率の測定が得られ、それによってより正確な反射率マップを作成する機会が生まれます。これにより、NDVIやその他の指数がより正確に算出されることになります。

4. 解像度

ソリューションの評価
高解像度のデータは、多くの特殊作物にとって有益であり、ドローンからデータを取得する主な利点の一つです。ほとんどの標準的な写真測量ソリューションでは、出力解像度は入力解像度と同じです。たとえば、8 cm/pxの解像度でデータを収集した場合、処理後の出力も8 cm/pxとなります。

一方、低オーバーラップのソリューションでは、処理後にデータの解像度が完全に保持されないことがあります。低オーバーラップ処理におけるエラーやアーティファクトの影響を減らすための一般的な手法は、出力データの解像度を低くすることです。たとえば、データが4 cm/pxの解像度で取得されていても、処理後の出力は最大で10メートル/pxにまで低下することがあります。

さまざまなソリューションを評価する際には、処理後の出力解像度が入力解像度と同じであるかどうかを確認することが重要です。そうでない場合、貴重な詳細情報が失われる可能性があります。

製品ラインナップ

5. ソフトウェア選択時の自由度

低オーバーラップデータは、処理に異なるためしばしば独自のソフトウェアが必要です。通常、これは専門ソフトウェアに制限され、その関連するサブスクリプション費用がかかることを意味します。市場には多くのデータ処理ソフトウェアが登場しており、標準オーバーラップで収集したデータが処理可能です。これにより、ユーザーは特定のシステムに縛られることなく、自分のニーズに最適なものを選択することができます。さらに、標準オーバーラップデータを数分で処理できるソフトウェアも、現場で使用可能です。

※ジェピコでは、Pix4D社ソフトウェアを販売しています。
限定特典も用意していますので、詳細をご覧ください。

まとめ

低オーバーラップで飛行することで時間を節約できるのは事実ですが、最終的には標準オーバーラップで収集したデータの方が多くの利点を提供します。これには、DSM、精度の向上、信頼性の高い農業指標、高解像度データ、そしてよりソフトウェアの幅広い選択肢の提供が含まれます。それらすべてが、この記事を読むのにかかった時間と同じ時間で得られるのです。

問い合わせ


e-mail: jepico_HSP@jepico.co.jp

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