Полдень — не лучшее время для снимков БПЛА

Ученые разработали приложение When2Fly, позволяющее сделать беспилотники более совершенными и точными. В частности, платформа помогает пользователям дронов избегать бликов, называемых «горячими точками», которые могут испортить собранные данные.

Пользователи беспилотников выбирают дату, на которую они планируют полет, тип используемой камеры и свое местоположение, выбирая точку на карте или вводя координаты. Затем приложение указывает наилучшее время в этот конкретный день для сбора данных об урожае с помощью беспилотника.

По словам разработчиков, использование данного приложения для съемки и сбора данных с беспилотников имеет решающее значение для повышения эффективности сельского хозяйства. Получение наиболее точных данных — например, о том, какому участку сада требуется больше азота или меньше воды, какие деревья поражены болезнями — позволяет производителям более рационально и эффективно распределять ресурсы.

«При традиционном управлении посевами фермер управляет всем полем одинаково, предполагая, что каждое отдельное растение будет давать одинаковый урожай и требовать одинаковых затрат, а это не совсем верное предположение, — говорит руководитель исследования, директор лаборатории цифрового сельского хозяйства Калифорнийского университета в Дэвисе Алиреза Пурреза. — Нам необходимо иметь представление о пространственной изменчивости наших культур, чтобы своевременно и точно выявлять и решать проблемы, и беспилотники — это удивительный инструмент, который доступен для сельхозпроизводителей, но они должны знать, как правильно его использовать».

Проблема «горячих точек»

В 2019 году постдокторант Хамид Джафарбиглу работал над извлечением данных из аэрофотоснимков садов грецкого ореха, миндаля и других специализированных культур, когда понял, что с данными что-то не так. «Как бы точно мы ни калибровали все данные, мы все равно не получали хороших результатов, — говорит он. — Я рассказал об этом Алирезе и сказал: «Мне кажется, что в данных есть что-то лишнее, о чем мы не знаем и что мы не компенсируем». Я решил проверить все это».

Исследователь просмотрел 100 терабайт изображений, собранных за три года. Он заметил, что после калибровки на изображениях появились яркие белые пятна там, где они должны были выглядеть плоскими и однородными. Но это не могло быть бликом, поскольку солнце находилось позади беспилотника, делавшего снимок. Поэтому Джафарбиглу обратился к литературе 1980-х годов в поисках других примеров подобного явления. Он нашел не только упоминания о нем, но и то, что исследователи придумали для него термин: «горячая точка».

«Горячая точка» возникает, когда Солнце и БПЛА расположены таким образом, что беспилотник находится между зоной обзора системы объективов камеры и Солнцем. Беспилотник фотографирует Землю, и на полученных изображениях наблюдается постепенное увеличение яркости в направлении определенной области. Это яркое пятно и есть «горячая точка».

Явление представляет собой проблему, поскольку при сборе данных с БПЛА в сельском хозяйстве, где требуется высокий уровень перекрытия, наблюдаемые различия на калиброванных изображениях должны быть обусловлены исключительно различиями между растениями.

Например, каждое растение может присутствовать на 20 или более снимках, каждый из которых сделан под разными углами обзора. На одних изображениях растение может находиться близко к «горячей точке», а на других — дальше, поэтому отражательная способность может меняться в зависимости от расстояния до «горячей точки» и пространственного расположения растения в кадре, а не от присущих ему свойств. Если все эти изображения объединить в мозаику и извлечь из нее данные, то их достоверность будет нарушена, что сделает их бесполезными.

Исследователи обнаружили, что «горячие точки» постоянно возникают, когда беспилотники делают снимки в солнечный полдень в середине лета, что, по мнению многих, является лучшим временем для полетов беспилотников. Это очевидное предположение: солнце находится в самой высокой точке над Землей, колебания освещенности минимальны, если не сказать устойчивы, и на снимках меньше теней. Однако иногда это работает против дрона, поскольку геометрическое положение Солнца относительно Земли меняется в зависимости от местоположения и времени года, что увеличивает вероятность появления «горячих точек» в кадре, когда Солнце находится выше в небе.

«В регионах с высокими широтами, таких как Канада, проблем нет, можно летать в любое время. Но в регионах с низкими широтами, таких как Калифорния, у вас возникнут небольшие проблемы из-за угла наклона солнца, — сказал Пурреза. — Затем, по мере приближения к экватору, проблема становится все более серьезной. Например, лучшее время для полетов в Северной Калифорнии и Южной Калифорнии будет отличаться. Затем вы попадаете в лето в Гватемале, и в основном с 10:30 утра до почти 2 часов дня вы не должны летать, в зависимости от ориентированного на поле управления камерой. Это прямо противоположно общепринятому мнению, что везде надо летать в солнечный полдень».