Belgische ervaring voor precisielandbouw
Bij precisielandbouw krijgen dieren en planten heel specifieke behandelingen. In de toekomst zal dit nog beter kunnen gebeuren met een nieuwe camera die ook bij satellieten wordt gebruikt. Bij de ontwikkeling van die camera is ook ons land betrokken.
Dankzij de ontwikkeling van nieuwe camera’s door ESA kunnen nu zogenaamde hyperspectrale camera’s op drones details waarnemen van amper 4 tot 5 centimeter groot.
Hyperspectrale beeldvorming verzamelt en verwerkt informatie in een groot deel van de verschillende golflengten van het elektromagnetisch spectrum (dat omvat onder meer ook het ‘zichtbaar’ licht dat we met onze ogen kunnen zien). Door de ‘vingerafdrukken’ te bestuderen die bepaalde objecten in het elektromagnetisch spectrum achterlaten kan men hun eigenschappen bestuderen.
Momenteel maken al drie klanten gebruik van een eerste versie van de ButterflEYE LS-camera: in Denemarken voor onderzoek van de biologische diversiteit, in Australië om de landbouw te bestuderen en in Italië om commerciële data aan landbouwers te verstrekken. Alle deze ervaringen zullen meegenomen worden in de uiteindelijke commerciële versie van de camera.
‘Onze eerste klanten keken bijzonder uit naar de hoge resolutie van de opnamen, die momenteel de beste zijn die men op hyperspectraal vlak kan bekomen’. Dat zegt René Michels, CEO van het Duitse bedrijf Cubert, dat vanuit de lucht opnamen maakt en voor de ontwikkeling van de camera samenwerkte met het Belgische VITO Remote Sensing in Mol en imec in Leuven.
De camera combineert het potentieel van een nieuwe hyperspectrale chip van imec met de beeldverwerkingscapaciteit van VITO, gevoed door de ervaringen die zijn opgedaan met de aardobservatiesatellieten van ESA.
De camera weegt amper 400 gram, maar is bijzonder krachtig. Door zijn lage gewicht past hij uitstekend op kleine onbemande vliegtuigjes en kan hij gedetailleerde metingen uitvoeren, niet alleen voor precisielandbouw, maar ook voor bosbouw, het opvolgen van afval en vervuiling en de monitoring van biomassa.
De kracht van kleur
‘Bij hyperspectrale opnamen worden heel veel nauwe frequentiebanden - zeg maar kleuren - waargenomen in zichtbare en bijna-infrarode golflengten in plaats van de meer typische rode, groene, blauwe en soms ook infrarode frequentiebanden.’
‘Door de wereld in meer kleuren te bekijken kan men bepaalde verschijnselen sneller en nauwkeuriger waarnemen’, verklaart Bavo Delauré van VITO Remote Sensing.
‘Een camera die gevoeliger is voor subtiele kleurschakeringen laat toe problemen vast te stellen die men met het blote oog of een normale camera niet kan zien tot het te laat is om er nog iets aan te doen.’
Oorspronkelijk kon men kleuren 'uiteenrafelen' door het gebruik van prisma’s, maar dat leidt tot complexe optica en behoorlijk grote camera’s. Als gevolg van werk voor de satelliet Proba-V stelde ESA’s Luca Maresi het Belgische VITO voor de uitdaging om een hyperspectrale lichtgewichtcamera te bouwen, die op andere technologie is gebaseerd.
In eerste benadering ging men voor een variabele filter die voor de detector wordt geplaatst met als gevolg een instrument dat even compact is als een standaard kleurencamera en daardoor uiterst geschikt is om te gebruiken bij kleine satellieten en drones.
Het Nederlandse Cosine Research zal een dergelijk instrument aanwenden bij hun HyperScout-camera voor de kleine nanosatelliet GomX-4B. Die gaat later dit jaar de ruimte in.
Spin-offs uit de ruimte voor toepassingen op de aarde
Om de camera nog veelzijdiger en geschikt voor massaproductie te maken ontwikkelde imec een uiterst kleine sensor, waar de hyperspectrale filter is ingebouwd. Cubert gebruikte deze filter-in-chip voor de nieuwe ButterflEYE LS-camera.
Hyperspectrale camera’s produceren enorme hoeveelheden gegevens die gedownload moeten worden naar de cloud-computeromgeving van VITO. Daar worden ze verwerkt zodat een klant de gevraagde informatie krijgt, zoals bijvoorbeeld zogenaamde action maps.
‘Men moet precies weten waar te kijken in het kleurenspectrum om de veranderingen te kunnen zien die men zoekt en de vereiste informatie te kunnen afleiden’, aldus Bavo Delauré.
‘Bovendien is het in zeker opzicht gemakkelijker om opnamen te maken met satellieten dan met drones. Die zijn gevoelig aan luchtverplaatsingen en zijn minder stabiel dan satellieten’, verklaart René Michels van Cubert nog.
‘We bekomen hierbij een enorme hoeveelheid data. Het is een complexe aangelegenheid om ermee te werken en dat hadden we niet gekund zonder de expertise van VITO op het vlak van beeldverwerking.’
Aardobservatie meer dan alleen maar beeldverwerking
‘Veel mensen maken nu gebruik van drones en ze menen dat ze nu vrij gemakkelijk aan aardobservatie kunnen doen, maar het is wel wat complexer dan dat’, meent Sam Waes van het Belgische bedrijf Verhaert in Kruibeke, dat deel uitmaakt van het ESA-programma voor de transfert van technologie.
‘VITO beschikt over diepgaande kennis om informatie te bekomen uit hyperspectrale gegevens en had al een prototype van een camera ontwikkeld. We hebben daarop onderzocht of er mogelijkheden waren om deze op de markt te brengen.’
‘Het eindresultaat is verbluffend. Nu beschikken we over een uiterst kleine en efficiënte camera waarmee we door ruimtevaarttechnologie te hergebruiken de lokale landbouw kunnen observeren. Deze camera kan meer gedetailleerde en nauwkeurige metingen uitvoeren dan tot nu toe mogelijk was.’
ESA werkt aan verdere verbeteringen
De volgende stap is de toevoeging van zogenaamde standalone processing, die VITO en Cubert hopen te kunnen realiseren wanneer de ButterflEYE LS-camera in 2018 volledig commercieel gaat.
Hierbij kunnen de gebruikers de data zelf verwerken, zonder tussenkomst van VITO zoals nu het geval is. Een consortium met VITO werkt al samen met ESA om de satellietsoftware te optimaliseren, met als gevolg dat de data van het HyperScout-instrument al aan boord van de satelliet verwerkt kunnen worden.
‘Dit is bij satellieten revolutionair. We beschikken nu over een heel compact systeem dat in realtime direct te gebruiken informatie kan leveren, bijvoorbeeld bij bosbranden of natuurrampen.’
Verder denkt men nog aan een veel gevoeligere chip - 12 megapixels in plaats van de huidige 2 megapixels – die een consortium onder leiding van VITO momenteel in het kader van een ESA-contract ontwikkelt.
