DJI Phantom 4 Multispektral drone

Thomas  Nitschke

Jeg er din kontaktperson

Skriv til mig

Indtast venligst et validt navn
Eller dit telefonnummer
Sender besked
Tak for din besked
Vi beklager

På grund af en teknisk fejl kan din henvendelse desværre ikke modtages i øjeblikket. Du er velkommen til at skrive en mail til Send e-mail eller ringe til +45 72 20 33 77.

Droner til test

DJI Phantom 4 Multispektral drone

DJI lancerede deres bud på en landbrugsdrone med integreret multispektralt kamera og mulighed for RTK-positionering sidst i 2019, og vidensklyngen i dansk landbrug har efterlyst viden om brugervenlighed og anvendelighed af denne. Teknologisk Institut har derfor i samarbejde med Droner.dk gennemført en sammenligning af P4 Multispectral dronen med det noget dyrere kamera Altum fra Micasense monteret på en DJI Inspire 2 drone.

Hvorfor er den smart?

Ideen med DJI Phantom 4 Multispectral er grundlæggende, at dronen og det multispektrale kamera er integreret og styres i en arbejdsgang. Det vil sige, at du som bruger ikke skal håndtere forskellige apps til hhv. kamera og drone, men blot opsætter en flyveplan i dronens standardsoftware. I samme app sikres også, at det multispektrale kamera tager de nødvendige billeder af det ønskede areal med korrekt overlap m.m.

Her ses opsætning af P4 dronens flyveplan på testens forsøgsareal. Appen hedder GSP (DJI Ground Station Professionel), og der medfølger 1 års licens til dronen. Da der ved flyveplanlægning og opsætning af kamera er mange muligheder i opsætningen, kræver det lidt forberedelse og testflyvninger, inden alt er på plads. Men opsætning virker ret intuitivt, og for eksperten er der mange opsætningsmæssige muligheder.

Flyveplan drone

Lidt om P4 Multispectral og unboxing

Sammenligningen

Vi lavede testflyvning over et Landsforsøg med forskellige sorter og gødningsniveauer i vinterhvede den 12. maj 2020, og begge flyvninger blev udført i 40 meters højde under forholdsvist ensartede forhold med moderat ensartet skydække. Begge flyvninger blev efterfølgende uploadet til stitching i Solvi (solvi.ag).

Forsøgsarealet har tydeligt markerede parceller med synlige forskelle i biomassen. I analysen er alle parceller ”udklippet”, så vi kan beregne index for hver enkelt parcel.

Parcel mark

Standarden til multispektrale droneoptagelser i landsforsøgene er optagelse med Micasense kameraer i spektrene Blå, Grøn, Rød, Red Edge og Nær Infrarød. Da solens indstråling varierer kraftigt alt efter solens højde på himlen og evt. variationer i skydække, skal der under stitching korrigeres for disse forskelligheder i indstråling.

Med Micasense kameraerne er det standard at tage billeder af en kalibreringsplade umiddelbart før og efter flyvning og bruge disse billeder til at kalibrere alle billeder under stitching processen.

Med P4 Multispektral dronen medfølger ikke en kalibreringsplade, men i stedet satses udelukkende på at kalibrere efter lysindfaldsmåleren, monteret i toppen af dronen (DLS), som registrerer og gemmer lysindstrålingen løbende under flyvning som metadata på de optagne billeder.

Vi har i sammenligningen stitchet med følgende kombinationer af hhv. kalibreringsplade og DLS:

P4 Multispectral: DLS only

Drone analysebillede

 

P4 Multispectral: DLS + Calibration panel

Drone analysebillede

 

P4 Multispectral: Calibration panel only

Drone analysebillede

 

Micasense Altum: Calibration panel only

Drone analysebillede

Som det fremgår af ovenstående 4 stitching billeder vist med NDVI index, er der stor forskel på NDVI-værdien afhængigt af kamera og kalibreringsmetode.

Hvis vi indsætter værdierne i en grafisk sammenligning, ser det sådan ud for NDVI:

NDVI

Der er næsten entydig korrelation mellem alle 3 stitching metoder på P4 multi sammenholdt med Micasense kameraet, og godt sammenfald i værdierne mellem micasense (den sorte) og P4 multispectral kalibreret ud fra kalibreringspladen (den grønne).

Laves der flyvning med P4 Multispectral dronen, og kalibrering udføres med DLS data alene, underestimeres værdierne i forhold til micasense standardmetoden, og tilsvarende overestimeres NDVI-værdierne med P4 Multispectral dronen, hvis der anvendes både DLS og kalibreringsplade til stitching. Disse variationer kan ikke umiddelbart forklares og kan måske skyldes vægtningen af hhv. kalibreringsplade og DLS i Solvi.

Forskelle i spektre (bølgelængder)

Der er variation i de to kameratypers bølgelængder til de forskelle spektre. I nedenstående fremgår specifikationerne fra begge kameratyper:

Micasense AltumP4 Multispectral

Blue (475 nm center, 32 nm bandwidth), green (560 nm

center, 27 nm bandwidth), red (668 nm center, 16 nm

bandwidth), red edge (717 nm center, 12 nm bandwidth), near-IR (842 nm center, 57 nm bandwidth)
Blue (B): 450 nm ± 16 nm; Green (G): 560 nm ± 16 nm; Red (R): 650 nm ± 16 nm; Red edge (RE): 730 nm ± 16 nm; Near-infrared (NIR): 840 nm ± 26 nm

NDVI-værdierne, som vi har kigget på i ovenstående sammenligning, beregnes ud fra NIR og Rød, hvor der er forholdsvist godt sammenfald mellem spektrene, men kigger vi i stedet på NDRE indexet (som også bruges til biomassebedømmelser), beregnes dette ud fra spektrene NIR og Red-Edge.

Red-Edge spektret i micasense kameraet er centreret om 717 nm og er 12 nm bredt. I P4 kameraet er Red-Edge spektret centreret om 730 nm, men er væsentligt bredere med 32 (2x16) nm.

Laver vi tilsvarende sammenligning på NDRE index, er alle værdierne fra P4 Multi dronen underestimerede, og jo højere værdier, jo mere er de underestimerede i sammenligningen med Micasense kameraet.

NDRE

Konklusion

DJI’s bud på en multispektral drone har resulteret i en brugervenlig helstøbt løsning, som vi kender det fra den almindelige Phantom 4 pro drone, men nu med muligheden for at lave multispektrale optagelser og mulighederne for at tilvælge RTK positionering.

Ud over de 5 multispektrale bånd er dronen udstyret med et 2 MP RGB-kamera, men her er opløsningen desværre så lav, at det kræver en lav flyvehøjde (og dermed lav kapacitet) ved f.eks. plantetælling af majs eller roer eller til udarbejdelse af tidselkort m.m. Til sammenligning har Phantom 4 pro dronens kamera 20 MP.

Vores sammenligning viser en rigtig god korrelation til testens mere udbredte kamera fra Micasense, så til at finde forskelligheder i biomassen på en mark vurderes P4 multispectral dronen at være fuldt ud på højde med andre kameratyper.

De forskelligheder, vi har observeret ved kalibrering i stitchingprocessen, er relevante at håndtere ved gentagne flyvninger i samme mark til f.eks. beregning af vækstkurver eller lign., hvor der stilles krav til en ensartet kalibrering for at kunne sammenligne gentagne flyvninger over tid. Hvis dette er et aktuelt behov, foreslås det derfor at købe og anvende en kalibreringsplade og anvende denne sammen med dronens DLS-data.

Rent prismæssigt er dronen ganske konkurrencedygtig, og hvis der ønskes at kompensere for den lave opløsning på RGB-kameraet, kan det anbefales at tilkøbe en almindelig drone til RGB-optagelse, og samlet set vil prisen stadig være attraktiv.