Precisionsjordbruk kommer att bli ännu mer exakt med en ny kamera som ritar satellitbilder.

Tack vare forskning med ESA om nya kameror, hyperspektrala kameror som flyger på drönare kan nu se detaljer så små som 4-5 cm.

Tre kunder använder redan den första versionen av ButterflEYE LS-kameran:i Danmark för studier av biologisk mångfald, i Australien för jordbruksforskning, och i Italien för att tillhandahålla kommersiella uppgifter till jordbrukare.

Erfarenheterna kommer att matas tillbaka till den slutliga kommersiella versionen.

"Våra första kunder var verkligen angelägna om att få den höga upplösningen, vilket är det bästa du för närvarande kan få från en hyperspektral produkt, " konstaterar René Michels, VD för Tysklands luftburna specialist Cubert, som samarbetade med Belgiens VITO Remote Sensing och imec för kamerautvecklingen.

Kameran utnyttjar potentialen hos ett nytt hyperspektralt bildchip från imec genom att kombinera det med VITO:s bildbehandling finslipad genom att arbeta med ESA på fjärranalyssatelliter.

Väger bara 400 g, den kraftfulla kameran passar lätt på ett litet obemannat flygplan för att leverera detaljerade mätningar för precisionsjordbruk, men den har också potential inom skogsbruk, biomassaövervakning, avfallshantering.

Utnyttja färgens kraft

"Hyperspektral avbildning fångar många mycket smala våglängdsband i det synliga och nära-infraröda istället för de mer typiska tre eller fyra breda spektralbanden:rött, grön, blå och, ibland, infraröd."

"Genom att avbilda världen i fler färger, du kan upptäcka vissa fenomen snabbare och mer exakt, " förklarar Bavo Delauré från VITO Remote Sensing.

"En kamera som är mer känslig för subtila färgskillnader gör att du kan identifiera problem som du inte kan se med blotta ögat eller en vanlig kamera förrän det är för sent att göra något åt ​​det."

Historiskt sett, ett prisma har använts för att separera färgerna men detta resulterar i komplex optik och större kameror. Efter VITO:s arbete med Proba-V-satelliten, ESA:s Luca Maresi ställde företaget till en utmaning att producera en lätt hyperspektral kamera baserad på en annan teknik.

Det första tillvägagångssättet använder ett variabelt filter framför detektorn, skapa ett instrument lika kompakt som en vanlig färgkamera och därför lämplig för användning på små satelliter och drönare. En används av Dutch Cosine Research i deras HyperScout-kamera för GomX-4B CubeSat, ska lanseras i år.

Space spin-off hjälper på jorden

För att göra kameran ännu mer mångsidig och lämplig för massproduktion, imec skapade en ultraliten sensor med hyperspektralfiltret inbyggt. Cubert använde denna filter-i-chip-sensor i sin nya ButterflEYE LS-kamera.

Hyperspektrala kameror producerar enorma mängder data som måste laddas ner till VITOs molnmiljö för att bearbetas för att producera den information som krävs, inklusive handlingskartor för att hjälpa kunden.

"Du måste veta var i färgspektrumet du ska leta för att identifiera de ändringar du söker och härleda den nödvändiga informationen, " förklarar Bavo.

"Dessutom, drönarebaserad bildbehandling är, i vissa avseenden, mer komplicerat eftersom satelliter flyger i en jämn bana, Roterande och fasta vingsystem är känsligare för luftrörelser och mindre stabila än satelliter. ", tillägger René från Cubert.

"Det producerar en enorm mängd data som är komplex att arbeta med, och vi hade inte kunnat uppnå detta utan VITOs kompetens inom bildbehandling."

Jordobservation är mer än bara bildbehandling

"Många människor flyger drönare och tror att de nu kan göra jordobservation, men det är mycket mer komplicerat än så, " påpekar Sam Waes från det belgiska företaget Verhaert, del av ESA:s nätverk för program för teknologiöverföring.

"VITO har detaljerad kunskap om hur man extraherar information från hyperspektral data och hade redan utvecklat en prototypkamera. Så vi gjorde några förstudier för marknadsföring med dem för att identifiera möjligheter att ta ut detta på marknaden.

"Slutresultatet är väldigt spännande. Nu har vi en extremt liten och effektiv kamera för lokala jordbruksobservationer från återanvändning av rymdteknik, en kamera som kan ge mer detaljerade och exakta mått jämfört med vad som varit tillgängligt hittills."

Ytterligare framsteg pågår med ESA

Nästa steg är att lägga till fristående bearbetning, vilket VITO och Cubert hoppas kunna göra när ButterflEYE LS flyttar till ett helt kommersiellt erbjudande 2018. Då kan användarna göra bearbetningen själva, istället för nu med stöd från VITO.

Ett konsortium som involverar VITO har redan arbetat med ESA för att optimera programvaran för satelliter, med resultatet att HyperScout -instrumentet nu har sin egen inbyggda bearbetning.

"Det här är en stor revolution i sättet vi använder satelliter på. Nu har vi ett väldigt litet system som kan leverera realtidsinformation redo att användas, till exempel om skogsbränder eller naturkatastrofer, " förklarar Luca Maresi.

Andra planerade utvecklingar inkluderar ett mycket känsligare chip – 12 megapixlar istället för nuvarande 2 megapixlar – som nu utvecklas under ett ESA-kontrakt av ett VITO-ledt konsortium.