【農業リモートセンシング】AgEagle社　MicaSenseシリーズのセンサにおける科学的原理

2023/04/18

・はじめに
・マルチスペクトルセンシングについて
・マルチスペクトルセンサの誕生
・マルチスペクトルセンサが農業分野へもたらすメリット
・正規化植生指数について
・クロロフィル含有量について
・データの処理について

はじめに

AgEagle社のMicaSense（マイカセンス）ブランドは、高解像度の写真を提供するだけでなく、植物育成における課題解決を目的とした科学的なソリューションの提供を方針としています。
ここでは、MicaSenseブランドの信念と、その製品を支える科学的な原理の一端をご紹介します。

マルチスペクトルセンシングについて

太陽光や照明が農作物や物体に当たって反射する光（電磁波）には、さまざまな波長の光が含まれています。この複数の波長の光を記録した画像を「マルチスペクトル画像」と呼びます。
マルチスペクトルセンシングは、このマルチスペクトル画像を利用して、農作物（植物）の育成状況を調査する技術です。可視光線だけでなく、赤外線や遠赤外線など、人間の目では見えない波長も画像化して分析に活用することがあります。植物は成長段階やストレスの有無、病気の状態によって、各波長の光の反射率が異なります。マルチスペクトルセンシング技術では、この反射率の違いを活用して、植物の状態を測定します。

マルチスペクトルセンサの誕生

これまでは、マルチスペクトルデータの取得に有人航空機を使用するか、衛星が上空を通過するのを待つ必要がありました。しかし、これらの方法は自由度が低く、解像度にも限界がありました。さらに、悪天候がデータ取得に影響を及ぼす場合もありました。

近年、産業用ドローンの急速な普及により、誰でもマルチスペクトルセンサを搭載したドローンを植物の上空に飛ばし、高精度のデータを取得できるようになりました。これにより、低解像度の大まかな分析だけでなく、植物個体レベルのストレスも迅速に特定することが可能となりました。適時に圃場を空撮し、問題箇所を特定することで、迅速かつ効果的な調査が実現しています。

マルチスペクトルセンサが農業分野へもたらすメリット

農作物を頻繁かつ高解像度でマルチスペクトル画像化できるようになったことで、精密農業の分野は大きな変革を遂げつつあります。ドローンを活用したマルチスペクトル画像の分析により、一見すると健康そうに見える青々とした畑の中でも、ストレスや病気の発生、栄養不足の場所をピンポイントで特定することが可能になりました。
このように、問題のある領域を絞り込み、それに応じた適切な対策を講じることで、生産者は効率の向上、収量の増加、そして利益の最大化を実現することができます。

正規化植生指数について

正規化植生指数（NDVI）とは、植生の有無や活性度を示す指標で、1.0から0.0の範囲で正規化された値として表されます。値が高いほど、植物の活性が高いことを意味します。

AgEagle社のMicaSenseが提供するマルチスペクトラルカメラでは、各バンドの反射率を捉え、それを基にNDVI値を計算して植物の健康状態を把握します。植生指標は、植物が異なる波長帯域で反射する光を比較することで成り立っています。NDVIの場合、赤色帯の反射率と近赤外帯の反射率を比較して算出されます。

植生指数にはNDVI以外にもさまざまな種類がありますが、NDVIは特に植物の「健康度」や「葉の茂り具合」に着目しています。ただし、「健康度が高い＝病気がない」と解釈するのは誤りです。この誤解は、病気の早期発見や適切な治療を妨げる可能性があり、結果として被害が拡大する原因となります。そのため、NDVIだけでなく他の指標も併用し、多角的な観点から植物を観察することが重要です。

クロロフィル含有量について

植物の健康状態を正しく評価するためには、葉緑素（クロロフィル）の含有量を考慮することが有益であることが、数多くの研究で明らかにされています。クロロフィル量を測定するためには、特定の波長帯を使用する必要があります。
AgEagle社のMicaSenseシリーズのカメラに搭載されているレッドエッジバンドは、赤色光と近赤外線の間に位置する非常に狭い波長帯で、クロロフィルの含有量を推定する際に利用されます。
このレッドエッジバンドは、他の帯域と組み合わせて適切に分析することで、植物の健康状態をより正確に測定し、生産者の収益に大きなメリットをもたらすことができます。