Come creare mappe NDVI, NDRE e di vegetazione in Agisoft Metashape

La creazione di mappe NDVI, NDRE e di altri indici di vegetazione in Agisoft Metashape permette agli operatori di droni, agli agronomi, ai ricercatori e ai professionisti dell’ambiente di trasformare le immagini multispettrali in informazioni significative sulla variabilità della vegetazione.

Quando le immagini vengono acquisite con un sensore multispettrale che include le bande Rosso, Verde, Rosso Edge e Infrarosso Vicino (NIR), Metashape Professional è in grado di elaborare l’intero set di dati fotogrammetrici, generare un ortomosaico multibanda calibrato e calcolare indici di vegetazione personalizzati direttamente all’interno del software.

Indici comuni come l’NDVI e l’NDRE possono aiutarti a visualizzare le differenze nel vigore delle colture, nella densità della chioma e nella risposta della clorofilla, mentre puoi scegliere altri indici quando vuoi dare maggiore risalto alle caratteristiche del suolo, alla densità della vegetazione o a specifiche lunghezze d’onda.

Questa guida spiega come creare mappe NDVI, NDRE e degli indici di vegetazione in Agisoft Metashape Professional, dalla calibrazione della riflettanza alle formule di trasformazione raster, alle tavolozze di colori e all’esportazione finale in formato GeoTIFF.

Cos’è un indice di vegetazione?

Un indice di vegetazione è una combinazione matematica dei valori di riflettanza misurati in due o più bande spettrali.

La vegetazione sana interagisce in modo diverso con la luce visibile e quella del vicino infrarosso. La clorofilla assorbe fortemente alcune porzioni della luce visibile, in particolare le lunghezze d’onda rosse, mentre la struttura interna delle foglie sane riflette una quantità significativa di energia del vicino infrarosso.

Confrontando queste risposte spettrali, gli indici di vegetazione possono mettere in evidenza differenze che potrebbero risultare difficili da notare in una normale fotografia RGB.

Le applicazioni più comuni includono:

• Agricoltura di precisione
• Monitoraggio delle colture
• Mappatura dello stress della vegetazione
• Silvicoltura
• Monitoraggio ambientale
• Ricerca sulle piante
• Gestione dei vigneti e dei frutteti
• Analisi dell’irrigazione
• Studi sulla variabilità della chioma

Cos’è l’NDVI?

NDVI sta per Indice di vegetazione normalizzato (Normalized Difference Vegetation Index).

Confronta la riflettanza nel vicino infrarosso e nel rosso utilizzando la formula:

NDVI = (NIR – Rosso) / (NIR + Rosso)

I valori dell’NDVI variano, in teoria, tra -1 e +1.

La vegetazione di solito dà valori positivi perché le foglie sane riflettono più radiazione NIR rispetto alla luce rossa.

L’NDVI viene comunemente utilizzato per valutare:

• Presenza di vegetazione
• Vigore relativo delle piante
• Densità della chioma
• Variabilità spaziale delle colture
• I cambiamenti nel corso del tempo

Tuttavia, l’NDVI non va interpretato come una diagnosi diretta di una specifica malattia delle piante, di una carenza di nutrienti o di un problema di irrigazione. Le osservazioni sul campo e il contesto agronomico rimangono importanti nell’interpretazione dei risultati multispettrali.

Cos’è l’NDRE?

NDRE sta per Normalized Difference Red Edge Index.

La sua formula è:

NDRE = (NIR – Red Edge) / (NIR + Red Edge)

A differenza dell’NDVI, l’NDRE utilizza la banda Red Edge al posto della tradizionale banda rossa.

La lunghezza d’onda Red Edge è particolarmente utile per valutare la vegetazione che contiene livelli di clorofilla da moderati ad alti.

L’NDRE può quindi integrare l’NDVI nei seguenti ambiti:

• Chiome vegetali fitte
• Colture di metà e fine stagione
• Analisi della variabilità della clorofilla
• Studi sulla gestione dell’azoto
• Monitoraggio dello stress delle colture

NDVI o NDRE: quale usare?

Non esiste un unico indice di vegetazione che sia ottimale per ogni progetto agricolo o ambientale.

Spesso è utile calcolare diversi indici e confrontarli con le osservazioni sul campo, invece di basarsi esclusivamente su una sola mappa.

Cos’è il GNDVI?

GNDVI sta per Indice di vegetazione normalizzato verde (Green Normalized Difference Vegetation Index).

Sostituisce la banda rossa dell’NDVI con la banda verde:

GNDVI = (NIR – Verde) / (NIR + Verde)

Il GNDVI può offrire un altro punto di vista sulla risposta della vegetazione e sulla variabilità legata alla clorofilla.

Se il tuo sensore include i canali verde e NIR, puoi inserire la formula direttamente nel Raster Calculator di Metashape.

Cos’è SAVI?

Il SAVI, ovvero l’indice di vegetazione corretto in base al suolo, è stato sviluppato per ridurre l’influenza del suolo visibile quando la copertura vegetale è relativamente rada.

La formula è:

SAVI = ((NIR – Rosso) / (NIR + Rosso + L)) × (1 + L)

dove L è un fattore di correzione del suolo.

Un valore che si usa spesso è:

L = 0,5

Questo può rendere SAVI utile nei casi in cui tra le piante sia visibile una quantità considerevole di terreno e una mappa NDVI convenzionale sia fortemente influenzata dallo sfondo del terreno.

Cos’è l’OSAVI?

OSAVI sta per “Indice di vegetazione ottimizzato e adattato al suolo”.

È simile al metodo SAVI, ma di solito usa un coefficiente di correzione del suolo pari a 0,16:

OSAVI = (NIR – Rosso) / (NIR + Rosso + 0,16)

L’OSAVI può essere utile quando la vegetazione è relativamente rada o quando la luminosità del suolo varia in modo significativo all’interno del campo.

Passo 1: Acquisizione di immagini multispettrali con il drone

Gli indici di vegetazione richiedono le bande spettrali appropriate.

Una fotocamera RGB tradizionale non può generare un vero NDVI perché di solito non rileva una banda dedicata al vicino infrarosso.

Le tipiche telecamere multispettrali usate per la mappatura della vegetazione includono sensori con combinazioni di:

• Blu
• Verde
• Rosso
• Red Edge
• Infrarosso vicino
• Pancromatico

Prima di decollare, assicurati di avere una sovrapposizione frontale e laterale sufficiente ed evita, quando possibile, cambiamenti rapidi delle condizioni di illuminazione.

Quando servono confronti quantitativi, anche la calibrazione radiometrica dovrebbe far parte del flusso di lavoro per l’acquisizione delle immagini.

Fase 2: Acquisizione dei dati di calibrazione della riflettanza

Per i sensori multispettrali supportati, Metashape Professional può utilizzare pannelli di riflettanza calibrati e i dati del sensore solare.

Un pannello di riflettanza calibrato offre una superficie con valori di riflettanza spettrale noti.

Per i sensori come i sistemi MicaSense RedEdge o Altum, le foto dei pannelli vanno scattate seguendo le indicazioni del produttore e importate insieme alle immagini di volo.

La calibrazione della riflettanza è particolarmente importante quando:

• Confronto tra diversi settori
• Confronto tra voli in date diverse
• Monitoraggio dei cambiamenti della vegetazione nel corso di una stagione
• Eseguire un’analisi spettrale quantitativa

Passaggio 3: Importa le immagini multispettrali in Metashape

Crea un nuovo progetto in Agisoft Metashape Professional.

Seleziona:

Flusso di lavoro > Aggiungi foto…

oppure, a seconda del flusso di lavoro del sensore:

Flusso di lavoro > Aggiungi cartella…

Per i sensori multispettrali sincronizzati, scegli:

Sistema multicamera

Metashape può utilizzare i metadati delle immagini per organizzare le bande spettrali sincronizzate nei gruppi di telecamere corrispondenti.

Passaggio 4: Controlla l’ordine delle bande

Questo è uno dei passaggi più importanti prima di inserire le formule relative agli indici di vegetazione.

Non dare mai per scontato che le bande 1, 2, 3, 4 e 5 corrispondano alle stesse lunghezze d’onda per ogni sensore multispettrale.

Apri:

Strumenti >: calibrazione della fotocamera

e controlla:

Scheda “Bande “.

Controlla a quale livello corrisponde:

• Blu
• Verde
• Rosso
• Red Edge
• NIR

Dovresti stabilire quest’ordine prima di inserire qualsiasi formula nel Raster Calculator.

Esempio: Ordine per la banda RedEdge-P di MicaSense

Dopo la normale elaborazione multispettrale dei dati RedEdge-P, l’ordine di output standard a cinque bande è:

1. Blu
2. Verde
3. Rosso
4. Red Edge
5. NIR

In questo caso specifico:

NDVI = (B5 – B3) / (B5 + B3)

e:

NDRE = (B5 – B4) / (B5 + B4)

Non copiare questi numeri di banda su un’altra fotocamera a meno che tu non abbia verificato che l’ordine degli strati sia identico.

Passo 5: Calibra la riflettanza

Se il tuo set di dati contiene le informazioni di calibrazione necessarie, apri:

Strumenti > a Calibra la riflettanza…

Per i flussi di lavoro con pannelli di riflettanza, seleziona:

Individua i pannelli

Metashape cerca di identificare automaticamente il bersaglio di calibrazione.

A questo punto, inserisci o carica i valori di riflettanza del pannello calibrato dove richiesto.

A seconda del sensore e dei metadati disponibili, la calibrazione può utilizzare:

• Dati sui pannelli di riflettanza
• Dati del sensore solare
• Entrambe le fonti

Dopo la calibrazione, prosegui con il normale flusso di lavoro di elaborazione fotogrammetrica.

Passo 6: Allinea le foto

Seleziona:

Flusso di lavoro >: allinea le foto…

Metashape determina le posizioni delle telecamere e crea la rete iniziale di punti di collegamento.

Dopo l’allineamento, controlla che:

• Le telecamere previste sono allineate.
• L’area di rilevamento è stata ricostruita nella sua interezza.
• Non ci sono gruppi di telecamere isolati.
• Il sistema di riferimento delle coordinate è corretto.

Passo 7: Crea il DEM e l’ortomosaico

Procedi con le fasi di elaborazione fotogrammetrica necessarie.

A seconda del tuo flusso di lavoro, questo può includere:

Flusso di lavoro >: creazione della nuvola di punti

seguito da:

Flusso di lavoro > Creazione del modello DEM

e:

Flusso di lavoro >: creazione di un ortomosaico

L’ortomosaico che ne risulta contiene le informazioni spettrali necessarie per il calcolo degli indici di vegetazione.

Passo 8: Apri Raster Calculator in Metashape

Dopo aver creato l’ortomosaico multispettrale, seleziona:

Strumenti > Imposta trasformazione raster…

La finestra di dialogo “Raster Calculator” ti permette di definire trasformazioni matematiche utilizzando le bande spettrali disponibili.

Apri il:

Scheda “Trasforma “.

Inserisci la formula richiesta.

Come calcolare l’NDVI in Metashape

Per prima cosa, individua quali livelli contengono le bande NIR e rossa.

La formula generica è:

(NIR – Rosso) / (NIR + Rosso)

Ad esempio, se il tuo ordine verificato per i braccialetti è:

• B3 = Rosso
• B5 = NIR

digita:

(B5 – B3) / (B5 + B3)

Attiva la trasformazione raster per visualizzare il livello NDVI calcolato nella vista ortofotografica.

Come calcolare l’NDRE in Metashape

NDRE richiede una banda Red Edge dedicata.

La formula generica è:

(NIR – RedEdge) / (NIR + RedEdge)

Se:

• B4 = Red Edge
• B5 = NIR

digita:

(B5 – B4) / (B5 + B4)

Come calcolare il GNDVI in Metashape

La formula generica è:

(NIR – Verde) / (NIR + Verde)

Per un set di dati in cui:

• B2 = Verde
• B5 = NIR

la formula diventa:

(B5 – B2) / (B5 + B2)

Passo 9: Applica una tavolozza di colori

Un indice di vegetazione è fondamentalmente una mappa raster numerica.

Per visualizzare più facilmente le differenze spaziali, apri il:

Scheda “Tavolozza”

all’interno di Raster Calculator.

Scegli una scala di colori adeguata e regola i valori minimo e massimo in base al set di dati.

Una visualizzazione tipica potrebbe utilizzare:

• Rosso o arancione per valori dell’indice relativamente bassi
• Giallo per i valori intermedi
• Verde per valori relativamente alti

Tuttavia, i colori di per sé non hanno alcun significato biologico universale. Rappresentano semplicemente gli intervalli numerici che assegni alla tavolozza.

Non usare ciecamente le soglie NDVI universali

Si è tentati di interpretare ogni mappa NDVI seguendo regole fisse come:

“0,8 significa che sei in buona salute e 0,4 significa che non lo sei.”

Questo può essere fuorviante.

I valori dell’indice di vegetazione dipendono da fattori quali:

• Specie coltivate
• Fase di crescita
• Densità della chioma
• Esposizione al suolo
• Caratteristiche del sensore
• Illuminazione
• Calibrazione radiometrica
• Condizioni meteorologiche

Per molti flussi di lavoro in ambito agricolo, le differenze spaziali all’interno della stessa rilevazione calibrata e i cambiamenti nel tempo forniscono informazioni più utili rispetto all’applicazione di una soglia universale a ogni coltura e a ogni campo.

Passo 10: Esporta la mappa dell’indice di vegetazione

Seleziona:

File > Esporta > Esporta ortomosaico…

Nella sezione “Trasformazione raster”, Metashape offre diverse opzioni di esportazione.

Nessuno

Esporta le bande spettrali originali e ignora le formule attive della trasformazione raster.

Valore dell’indice

Esporta i valori numerici generati dalla tua formula per l’indice di vegetazione.

Di solito questa è l’opzione preferita quando il raster verrà analizzato in seguito con un software GIS o scientifico.

Colori dell’indice

Esporta una visualizzazione RGB utilizzando la tavolozza dei colori configurata in Raster Calculator.

È utile per i report, le presentazioni e per una rapida interpretazione visiva.

Il GeoTIFF è in genere il formato più pratico quando la mappa verrà utilizzata in QGIS, ArcGIS o altri software geospaziali.

Esporta separatamente i dati numerici e le mappe cromatiche

Per i flussi di lavoro professionali, ti consiglio di esportare entrambi:

• Un file GeoTIFF con indici numerici di vegetazione
• Una visualizzazione colorata

Il raster numerico conserva i valori effettivi calcolati per l’analisi.

L’immagine a colori serve soprattutto per la comunicazione visiva.

Crea più indici di vegetazione da un unico ortomosaico

Il Raster Calculator di Metashape può accettare più di una formula di trasformazione.

Questo significa che lo stesso ortomosaico multispettrale calibrato può essere utilizzato per generare più risultati senza dover ripetere l’intero flusso di lavoro di elaborazione fotogrammetrica.

Ad esempio, puoi calcolare:

• NDVI
• NDRE
• GNDVI
• SAVI o OSAVI

e confronta come ogni indice risponde allo stesso campo.

Come creare mappe di prescrizione in Metashape

Metashape Professional può anche utilizzare un indice di vegetazione calcolato come base per una mappa di prescrizione.

Dopo aver creato l’NDVI o un’altra trasformazione raster appropriata, seleziona:

Strumenti > Ortomosaico > Genera mappa delle prescrizioni…

Il raster trasformato può essere suddiviso in zone di gestione in base al suo istogramma.

Questo offre un flusso di lavoro per convertire una mappa continua dell’indice di vegetazione in zone spaziali distinte che possono essere esportate per ulteriori analisi agricole o per la pianificazione gestionale.

Qualsiasi decisione in materia di concimazione o trattamenti dovrebbe comunque basarsi su un’adeguata interpretazione agronomica, piuttosto che solo sui valori degli indici di vegetazione.

NDVI vs NDRE per colture fitte

L’NDVI può diventare meno sensibile quando la copertura vegetale diventa molto fitta, perché la banda rossa viene fortemente assorbita dalla vegetazione sana.

NDRE utilizza la banda Red Edge, che è in grado di mantenere una maggiore sensibilità anche in presenza di una chioma più fitta.

Per questo motivo, l’NDVI può essere particolarmente utile nelle fasi iniziali e intermedie dello sviluppo della vegetazione, mentre l’NDRE può fornire informazioni complementari nelle fasi successive della stagione o in caso di colture fitte.

Spesso, usare entrambi può fornire più informazioni rispetto a scegliere un solo indice.

Errori comuni nella mappatura degli indici di vegetazione

Usare i numeri di banda sbagliati

Questo è uno dei modi più semplici per creare una mappa completamente sbagliata.

Controlla sempre l’ordine delle bande nella sezione “Calibrazione della fotocamera” prima di inserire una formula.

Salta la calibrazione della riflettanza

Le immagini non calibrate possono comunque dare vita a una mappa della vegetazione visivamente accattivante, ma i confronti quantitativi tra i vari voli diventano meno affidabili.

Confronto tra voli con diversi metodi di elaborazione

Se stai monitorando una coltura nel corso del tempo, mantieni un flusso di lavoro coerente per l’acquisizione e l’elaborazione dei dati.

Dare per scontato che il verde significhi sempre “sano”

I colori sono semplicemente una rappresentazione grafica degli intervalli numerici configurati nella tavolozza.

L’NDVI come strumento diagnostico

Un valore basso dell’indice di vegetazione indica una variabilità spettrale. Di per sé, però, non dimostra se la causa sia una malattia, la mancanza d’acqua, una carenza di azoto, le condizioni del suolo o un altro fattore.

Flusso di lavoro consigliato per l’indice di vegetazione Metashape

1. Acquisisci immagini multispettrali con i droni, assicurandoti che ci sia una sovrapposizione adeguata.
2. Se necessario, acquisisci i dati di calibrazione della riflettanza.
3. Importa tutte le bande spettrali come sistema multicamera.
4. Controlla che l’ordine delle bande sia corretto.
5. Esegui la calibrazione della riflettanza.
6. Allinea le immagini multispettrali.
7. Se necessario, ottimizza le fotocamere e il georeferenziazione.
8. Crea il DEM.
9. Crea l’ortomosaico multispettrale.
10. Apri Strumenti > a Imposta trasformazione raster.
11. Inserisci la formula dell’indice di vegetazione richiesta.
12. Configura una tavolozza di visualizzazione adeguata.
13. Confronta l’NDVI, l’NDRE o altri indici, se utile.
14. Esporta i valori numerici degli indici in formato GeoTIFF.
15. Se vuoi, esporta una versione colorata per una migliore visualizzazione.
16. Verifica i modelli spettrali usando le osservazioni sul campo.

Raccomandazioni finali

Creare mappe NDVI e NDRE in Agisoft Metashape è semplicissimo, una volta generato un ortomosaico multispettrale correttamente calibrato.

Le regole più importanti sono:

• Usa un sensore che abbia le bande spettrali richieste dall’indice scelto.
• Controlla l’ordine delle bande prima di inserire le formule.
• Esegui la calibrazione della riflettanza quando servono confronti quantitativi.
• Usa le relazioni simboliche tra le bande invece di copiare alla cieca i numeri delle bande.
• Esporta i valori numerici degli indici quando serve fare ulteriori analisi.
• Usa le tavolozze di colori soprattutto per la visualizzazione.
• Non interpretare gli indici di vegetazione senza tener conto del contesto agronomico o sul campo.

Seguendo questi passaggi, Agisoft Metashape Professional è in grado di offrire un flusso di lavoro completo, dalle fotografie multispettrali grezze scattate con il drone alle mappe calibrate di NDVI, NDRE e altri indici di vegetazione, adatte all’agricoltura di precisione, alla silvicoltura, alla ricerca e al monitoraggio ambientale.

Domande frequenti

Agisoft Metashape è in grado di calcolare l’NDVI?

Sì. Metashape Professional può calcolare l’NDVI e altri indici di vegetazione a partire da immagini multispettrali utilizzando gli strumenti “ > ” e “Set Raster Transform”, oltre al “Raster Calculator” integrato.

Qual è la formula dell’NDVI?

La formula standard dell’NDVI è (NIR – Rosso) / (NIR + Rosso).

Cos’è la formula NDRE?

L’NDRE si calcola come (NIR – Red Edge) / (NIR + Red Edge).

Qual è il migliore, l’NDVI o l’NDRE?

Nessuno dei due è universalmente migliore. L’NDVI è ampiamente utilizzato per valutare la variabilità generale della vegetazione e della biomassa, mentre l’NDRE può fornire un’utile sensibilità aggiuntiva alle variazioni della clorofilla e alle chiome vegetali più fitte.

Posso calcolare il GNDVI in Metashape?

Sì. Se sono presenti le bande verde e NIR, il GNDVI si può calcolare usando la formula (NIR – verde) / (NIR + verde).

Mi serve una fotocamera multispettrale per calcolare l’NDVI?

Per ottenere un vero NDVI servono una misurazione nel vicino infrarosso e una nel rosso. Una fotocamera tradizionale che usa solo RGB di solito non fornisce le informazioni NIR specifiche necessarie per un NDVI standard.

Devo calibrare la riflettanza prima di calcolare l’NDVI?

Si consiglia vivamente di effettuare la calibrazione della riflettanza quando è necessario confrontare quantitativamente i valori degli indici di vegetazione tra diverse località o date di rilevamento.

Posso esportare l’NDVI da Metashape a QGIS?

Sì. Esporta l’ortomosaico trasformato come raster georeferenziato, ad esempio in formato GeoTIFF, utilizzando l’opzione “Valore indice” per i valori numerici.

Metashape può creare mappe di prescrizione agricola?

Sì. Metashape Professional include uno strumento chiamato “Generate Prescription Map” che può utilizzare una trasformazione raster con indice di vegetazione attivo per suddividere l’area rilevata in zone di gestione.