在MAPIR 相機控制應用程序中校準圖像

本頁解釋了我們如何以及為何校準用于測量材料（例如農田中的植被）反射率的圖像。

為什么需要校準？ 

我們的太陽發出大量光譜，被地球表面的物體反射。可以使用相機以相機傳感器敏感的波長捕獲這種反射光。我們提供的傳感器基于對約 400-1100nm 可見光和近紅外光譜敏感的硅。使用僅允許窄光譜光到達傳感器的帶通濾光片，我們可以捕獲物體對該特定光帶的反射率。

例如，如果相機的濾光片選擇峰值波長為 650nm 的 25nm 寬帶，它只會捕獲太陽發出的反射“紅色”650nm 光。因此，圖像中的每個像素都是允許通過“紅色”濾光片的反射光的百分比。

根據圖像比特率，像素的值范圍從最小值到最大值。比特率越高，可以存儲在圖像中的信息就越多。傳感器以 RAW 格式捕獲每張圖像，然后保存 RAW 或將其轉換為更常見的格式（通常通過壓縮）。Survey3 相機每個 RGB 通道捕獲 12 位 RAW 照片，然后轉換為 16 位，這意味著像素值范圍從 0 到 65,535。當相機保存 8 位 JPG 時，它會壓縮（刪除）像素，只留下 0 到 255 的范圍。由于我們正在捕捉光的反射率而不是試圖制作“漂亮的圖片”，我們希望始終使用 RAW 格式，如果可能的。如果您需要 JPG，您可以使用MAPIR Camera Control (MCC)輕松地將 RAW 轉換為 TIFF 到 JPG  （見下文）。

確保調整相機設置（快門速度、ISO、EV）以確保沒有像素達到最大像素值也很重要。如果像素通常高于最大值，則信息將丟失。您可能會注意到來自 Survey3 相機的圖像看起來很暗。這是正常的，因為我們設置了默認設置以防止像素達到最大值。請記住，您捕獲的是反射率的百分比，而不是制作“漂亮的圖片”。

這就把我們帶到了校準上。僅僅因為我們在每個像素中捕獲了一定百分比的反射率，我們怎么知道它是否正確？然后我們需要一些東西來使用已知的反射率值校準每個像素。為此，我們在每次勘測之前拍攝我們的 MAPIR 相機反射率校準地面目標包的照片 ，其中包含 4 個目標，這些目標已由光譜儀（校準的實驗室儀器）以增量波長測量。然后將捕獲的目標圖像的像素值與目標的已知反射率值進行比較。在MAPIR Camera Control (MCC) 和MAPIR Cloud中使用此信息，然后我們將像素值轉換為反射率值。

歸一化差異植被指數 (NDVI) 是最常見的分析方法，它比較反射的紅色/橙色和近紅外 (NIR) 光來評估植物最“健康”的位置。我們假設給定單一作物的樣本區域，反射更多近紅外光的植物將進行更多的光合作用，因此更健康（反之亦然）。如果某個植物區域的 NDVI 值更高，那么那里的植物可能更健康。無論您執行何種索引分析，您還必須對主題區域進行物理檢查以驗證您的結果，這一過程通常稱為“ground truthing”。

如何校準圖像

在校準之前，您需要將不屬于主要調查的圖像移動到單獨的文件夾中。如果您在第一個測量航點之前或最后一個航點之后有任何額外的圖像，您需要將它們移動到這個單獨的文件夾中。如果您有任何在地面上拍攝的圖像，包括其中包含校準目標的圖像，您還需要將它們放入單獨的文件夾中。主文件夾中的圖像應僅包含您的主題/調查區域的圖像。這有助于提高生成的校準圖像的對比度。

要開始校準，請打開MAPIR Camera Control (MCC) 并單擊校準選項卡：

為了使像素數據的縮放比例相同，您需要將所有相機加載到要校準的校準窗口中。例如，如果您想用 Survey3W_NGB 相機校準 Survey3W_RGN，您可以為兩個相機選擇相機型號、鏡頭和濾鏡，如下所示：

如果您在測量之前拍攝了 MAPIR 相機反射率校準地面目標包的圖像 （推薦），則單擊第一個瀏覽按鈕并選擇 QR 目標圖像。然后單擊該瀏覽按鈕旁邊的“生成校準值”按鈕。當軟件檢測到 QR 目標時，右側的對話框會提示您是否成功。為您正在校準的每臺相機執行此操作。

如果沒有圖像能夠用于檢測 QR 碼，程序將自動使用我們提供的硬編碼值，這些值是在晴朗的晴天拍攝的。如果使用硬編碼值，可能會有輕微的不準確，因此請確保在調查前不久拍攝一些目標的良好圖像以獲得更好結果。

在軟件為每個相機獲得必要的校準值后，單擊“生成校準值”按鈕下方的每個相機的瀏覽按鈕以選擇該相機的輸入圖像目錄。您正在瀏覽一個文件夾，而不是單個圖像，因此您不會在輸入文件夾瀏覽器中看到圖像。校準將校準所有輸入文件夾中的所有圖像，因此請確保其中沒有任何不需要的圖像。通常最好通過刪除所有不需要的照片或將所有照片移動到另一個文件夾來清理輸入文件夾，例如在主要調查之前和之后由相機拍攝的照片。然后按窗口底部的校準按鈕進行校準。校準時程序可能會凍結并變得無響應，這是正常的。

Calibrated_1 文件夾將自動在校準圖像的輸入文件夾中創建。如果您希望將校準的 TIFF 轉換為 JPG，請在按下校準按鈕之前選擇“將校準的 TIFF 轉換為 JPG”框。

進一步處理校準圖像

圖像中的每個像素現在代表拍攝區域的反射率百分比。他們可能會很黑，但不要擔心這是正常的。請記住，您正在捕獲反射率信息，而不是漂亮的圖片。

如果您校準了每張照片，您現在需要將圖像上傳到您選擇的軟件以生成正射馬賽克圖像。

如果您的正射鑲嵌生成軟件沒有內置光柵/索引計算器，您可以按照以下指南計算所需的索引并應用顏色漸變 (LUT)：

打開 MAPIR Camera Control (MCC)并單擊頂部的查看器選項卡。查看器允許您查看通常太暗而無法在其他照片瀏覽器中看到的圖像。您可以直接從相機或拼接的正射鑲嵌圖像中查看和轉換單個圖像。單擊“瀏覽”按鈕可在 MCC 的“處理”選項卡中打開先前從 RAW 轉換的 TIFF 圖像（您也可以在查看器中打開 JPG）。

這是一張未校準的 TIFF 圖像，由 Survey3W RGN 相機在釀酒廠（葡萄）上空拍攝：

在這個 RGN 相機模型中，反射的紅光在圖像的紅色通道中被捕獲，而反射的近紅外 (NIR) 光主要在圖像的藍色通道中。

如果要將圖像拆分為其 RGB 通道，這里是紅色通道（左/上）和藍色通道右/下）：

（圖像被裁剪。）

白色/灰色行是葡萄藤，在紅色通道中顯示為灰色，在藍色通道中顯示為白色。像素值范圍從黑色（無反射）到白色（全反射）。植物在光合作用過程中反射大量近紅外光，這就是為什么藍色近紅外通道顯示植物為白色而地面為黑色的原因。我們還沒有校準圖像，所以現在讓我們這樣做：

在 MCC 的 Calibrate 選項卡下，加載我們的相機校準板套裝的照片， 同時選擇葡萄上帶有 TIFF 圖像的文件夾。單擊 Generate Values 按鈕，然后單擊底部的 Calibrate：

返回查看器選項卡，瀏覽校準照片：

請注意，圖像整體上的綠色要少得多，這是校準的結果之一。另一個是索引值現在已經正確校準了，接下來讓我們看看。

單擊“計算索引”按鈕以顯示光柵計算器。讓我們為本教程選擇 NDVI 指數。NIR 光主要存儲在藍色圖像通道中，因此將 Y 下拉菜單更改為 @Band3（藍色通道）。X 下拉菜單應為 @Band1(Red Channel) 以表示紅色圖像通道：

單擊“應用”按鈕，查看器中的圖像將變為黑白。這是 NDVI 指數圖像，黑色像素代表低指數值，白色像素代表高值。您可以在圖例區域的右側看到像素值范圍。對于 NDVI 指數，低（黑色）像素值意味著該像素具有比 NIR 反射更多的紅光，因此不是進行光合作用的健康植被。高（白色）像素值則相反，它具有比紅光更多的 NIR 光，通常是健康的植被。

如您所見，圖像的像素范圍從 -0.36 到 0.44。當使用 NDVI 公式時，植被的 NDVI 值通常在 0.2 到 0.9 之間。現在讓我們添加一些顏色，以便我們可以更好地看到地面和植物之間的對比，以及植物本身的對比。

單擊“配置 LUT”按鈕以顯示顏色映射 (LUT) 窗口。讓我們選擇 Lut：RrYyGg，Classes：7 顏色和 Clip：Background Grayscale。點擊“應用”按鈕：

在仍然打開的顏色映射 (LUT) 窗口中，您會注意到 Min 和 Max 像素值有可編輯的值。這些值表示基于所選剪輯應用顏色的像素值范圍。以下是剪輯選項：

• 純色：此選項采用末端 lut 中的顏色，并將最小/最大像素范圍之外的所有像素設置為 lut 的最小和最大顏色。

• 透明：此選項使最小/最大范圍之外的所有像素透明（透視）。這在將圖像相互疊加時很有用，例如具有 RGB 圖像基礎層且只有植被根據 lut 著色的合成圖像。

• 背景灰度：此選項將最小/最大范圍內的像素與顏色 lut 和外部像素設置為索引圖像的相同灰度。

• 背景原始：此選項將最小/最大內的像素設置為具有顏色 lut 的像素，并將這些像素設置為原始圖像之外的像素。

回到我們的示例，讓我們將 min 更改為 0，并將裁剪更改為“Background Original”，這樣我們就可以看到 lut 顏色只有 NDVI 索引像素從 0 到 0.44，然后在其他像素中顯示原始圖像：

然后，您可以單擊“保存”按鈕來保存此 lut 圖像。