NDVI E LA TUA ATTIVITÁ: CAPIRE IL SIGNIFICATO DEL TERMINE NDVI PER LA SALUTE DELLE PIANTE
Capire lo stato di salute delle tue colture non è la cosa più facile da fare. Certo, puoi usare anche “l’esame visivo” oltre a un certo numero di tecniche mediante contatto diretto e di misurazione diretta. Ma cosa accadrebbe se ci fosse un metodo più facile, veloce ed efficiente per vedere la salute delle piante e il loro stato e progressione nel tempo? Ecco che qui arrivano i dati dell’indice NDVI (Normalized Difference Vegetation Index).

L’NDVI viene spesso enunciato senza molte spiegazioni. Quindi chiariamolo.

CHE COSA È NDVI?
In termini semplici, NDVI è una misura della salute delle piante basata sul modo in cui una pianta riflette la luce (di solito la luce solare) a frequenze specifiche. Per essere più specifici, NDVI è una misura della riflettività delle piante espressa come il rapporto di riflettività nel vicino infrarosso (NIR) meno la riflettività rossa (VIS) rispetto a NIR più VIS.

L’equazione per NDVI è stata sviluppata diversi decenni fa per utilizzare le immagini satellitari in agricoltura. Il modo in cui è costruita l’equazione la rende insensibile a effetti della luminosità generale o all’oscurità – essenzialmente traccia il rapporto tra NIR e riflettività rossa, che non cambia con la luminosità generale.

NDVI funziona perché quando la luce solare raggiunge una pianta, determinate lunghezze d’onda vengono assorbite mentre altre sono riflesse. La clorofilla assorbe fortemente la luce visibile mentre la struttura cellulare delle foglie riflette fortemente la luce del vicino infrarosso. Uno strato spugnoso lungo il fondo di una pianta provoca questi riflessi. Quando una pianta diventa disidratata, malata, affetta da malattia, ecc., Questo strato spugnoso si deteriora e la pianta assorbe più di quella luce nel vicino infrarosso piuttosto che riflettendola. Viceversa, quando la luce del vicino infrarosso colpisce una foglia su una pianta sana, viene riflessa indietro. Quindi, osservando come la NIR varia rispetto alla luce rossa fornisce un’indicazione accurata della clorofilla, che è correlata alla salute delle piante.

L’equazione spiegata sopra produrrà sempre un valore di salute dell’impianto NDVI compreso tra -1 e +1. Un numero compreso tra -1 e 0 suggerisce un oggetto inanimato o morto, come strade, edifici o piante morte. Un valore di salute dell’impianto NDVI tra 0 e 0,33 indica materiale vegetale insalubre o stressato, da 0,33 a 0,66 è moderatamente sano, e da 0,66 a 1 è molto sano. Questi numeri sono solo regole empiriche e variano in base al tipo di pianta e alle altre condizioni. Ma questa è una scienza sufficiente per ora.

INFORMAZIONI SULLA SALUTE MEDIANTE INDICE NDVI
Durante la stagione di crescita, l’uso efficiente del tempo consente di risparmiare denaro e le decisioni migliori aumentano i profitti. É interessante poter vedere i valori di salute delle piante NDVI in tempo reale. Facendo semplicemente volare un drone, caricare i dati e ottenere mappe di salute delle piante in modo istantaneo. Alcuni sistemi ci permettono persino di vedere video istantaneo, mediante sensori in grado di rilevare la luce del vicino infrarosso (NIR). Attenzione l’NDVI sintetico non è un vero NDVI.

VALORI NDVI E MAPPE DELLA SALUTE DELLE PIANTE
Come accennato, i valori di salute delle piante NDVI sono compresi tra -1.0 e +1.0. Ma come si traduce nelle mappe NDVI colorate che hai probabilmente visto? Fondamentalmente, determinati intervalli di valori NDVI sono mappati su un insieme di colori. Una delle mappe dei colori più comuni è la mappa dei colori NDVI “rosso-verde”. In questa mappa, i valori di salute delle piante NDVI da -1 a 0 appaiono rossi, da 0,0 a 0,33 sono di colore arancione o rosso, da 0,33 a 0,66 di colore verde, e sopra 0,66 appaiono verdi. Non esiste una mappa dei colori “standard”. Alcune persone non amano questi colori, alcune persone vogliono più colori e alcuni vogliono meno. Interessanti strumenti informatici consentono di ricolorare, regolare, aggiungere o rimuovere colori e modificare le tavolozze dei colori in modo dinamico proprio per questo motivo: non tutti usano gli stessi colori, possono essere scelti da soli per una miglior comprensione/interpretazione.

DIFFERENZA TRA NDVI E NDRE?

NDVI e NDRE sono chiamati “indici derivati” perché sono entrambi costruiti da una combinazione di due distinte frequenze di luce. NDVI è costituito da una combinazione di luce rossa visiva e luce nel vicino infrarosso (NIR). NDRE utilizza una combinazione di luce NIR e una banda di frequenza che si trova nella regione di transizione tra la luce rossa visiva e la luce NIR – da qui il nome “Red Edge”.

NDVI e NDRE sono entrambi semplici da misurare e calcolare e sono entrambi relativamente noti. Esistono molti altri meccanismi per combinare i dati della banda e usare altre bande, come il blu visivo o il verde visivo.

Python script to get NDVI:

#assuming we have images named nirframe and framergb
nb, ng, nr = cv2.split(nirframe)
fb, fg, fr = cv2.split(framergb)
numerator = cv2.addWeighted(nb, -fb, ng, -fg, nr, -fr)
denominator = cv2.addWeighted(nb, fb, ng,  fg,  nr, fr)
ndvi = cv2.divide(numerator, denominator)

Python script to get NDRE:

#assuming we have images named nirframe and framere
nb, ng, nr = cv2.split(nirframe)
fb, fg, fr = cv2.split(framere)
numerator = cv2.addWeighted(nb, -fb, ng, -fg, nr, -fr)
denominator = cv2.addWeighted(nb, fb, ng, fg, nr, fr)
ndre = cv2.divide(numerator, denominator)

Descrizione NDRE (Normalized Difference Red Edge)

• – quantità di clorofilla fogliare
• – vigore vegetativo
• – rilevamento dello stress
• – necessità di fertilizzante
• – assorbimento di azoto

Descrizione

NDRE è un indice che può essere ricavato solo se il Red-Edge è disponibile nel sensore. Individua il contenuto di clorofilla nelle foglie (quanto appare verde una foglia), alla variabilità dell’area fogliare e agli effetti del terreno. Valori elevati di NDRE rappresentano livelli più elevati di contenuto di clorofilla fogliare rispetto ai valori più bassi. Solitamente il suolo ha i valori più bassi, le piante malsane hanno valori intermedi e le piante sane hanno i valori più alti. Considerare l’utilizzo di NDRE se si è interessati a mappare la variabilità per definire requisiti di fertilizzanti o di azoto fogliare, non necessariamente per quanto riguarda l’azoto nel terreno.

La clorofilla ha il massimo assorbimento nella fascia d’onda rossa e quindi la luce rossa non penetra molto oltre i pochi strati fogliari. D’altra parte, la luce sul bordo verde e bordo rosso può penetrare una foglia molto più profondamente della luce blu o rossa, quindi una banda d’onda dal bordo rosso puro sarà più sensibile a livelli medio-alti di contenuto di clorofilla, e quindi di azoto fogliare , che una vasta gamma di onde che comprende luce blu, luce rossa o una miscela di luce visibile e NIR (come ad esempio si ottiene con le fotocamere modificate).

L’NDRE è un indicatore ottimale della salute / vigore della vegetazione rispetto all’NDVI sopratutto per le colture di metà-fine stagione che hanno accumulato alti livelli di clorofilla nelle foglie, in quanto la luce del bordo rosso è più traslucida alle foglie rispetto alla luce rossa e quindi è meno probabile che sia completamente assorbito. NDVI è più adatto per le applicazioni di gestione intensiva durante la stagione di crescita perché NDVI spesso perde sensibilità dopo che le piante accumulano un livello critico di copertura fogliare o contenuto di clorofilla.

NDVI È PIÙ COMUNE?
Ha decenni di storia, a partire dal sistema satellitare originale LANDSAT, dove è stato sviluppato come un utile indicatore della salute vegetativa.

A un livello esemplificativo, NDVI è in correlazione con la clorofilla, che a sua volta è correlata alla salute delle piante. La maggior parte delle piattaforme spaziali e terrestri utilizzate per l’agricoltura, la silvicoltura e applicazioni simili hanno hardware a livello visuale per rivelatori Red e NIR, quindi NDVI è diventato un prodotto ben noto e ampiamente utilizzato.

L’NDVI è un considerevole indicatore generale di salute delle colture, e ora con l’ausilio di droni, le valutazioni NDVI possono sfruttare l’imaging anche ad alta risoluzione per rilevare le varie misurazioni durante fasi di crescita rispetto a quelle possibili o economicamente fattibili effettuate con sistemi satellitari o aeromobili con equipaggio.

MA NDVI NON È SEMPRE PERFETTO PER TUTTE LE SITUAZIONI O PER TUTTE LE FASI DI CRESCITA?
Il contenuto di rosso della banda visiva utilizzato nell’NVI è assorbito fortemente dalla parte superiore della chioma vegetale. Ciò significa che livelli più bassi della chioma non contribuiscono molto alla misurazione NDVI. Ciò compromette la correlazione di NDVI a cose come l’indice di area fogliare (LAI). Questo effetto aumenta nelle piante con più strati di foglie, come le chiome fogliari degli alberi o del mais in stato avanzato.

Inoltre, in alcune colture permanenti, erbe e colture di cereali, o durante fasi successive di crescita di alcune colture in fila, il contenuto di clorofilla raggiunge un punto in cui NDVI “satura” al valore massimo NDVI di 1,0. In questi scenari, la variabilità nel raccolto è difficile da rilevare con NDVI fino a quando un problema diventa abbastanza grave da lasciare cadere il valore NDVI al di sotto della saturazione, che potrebbe trovarsi in un punto in cui il danno si è già verificato.

RED EDGE OFFRE UNA SOLUZIONE MIGLIORE?
La sostituzione della banda rossa di NDVI con la banda del bordo rosso di NDRE fornisce una misurazione che non è così fortemente assorbita solo dagli strati più alti di foglie. NDRE può dare una migliore comprensione delle colture in fase permanente o successiva perché è in grado di misurare più in basso nella chioma.

NDRE è anche meno soggetto alla saturazione in presenza di una vegetazione densa, che potrebbe essere riscontrata nelle misure di stima della biomassa dei pascoli. Pertanto, NDRE può talvolta fornire una migliore misurazione della variabilità in un’area che NDVI avrebbe semplicemente misurato come uniforme +1.0.

PRINCIPALI ALGORITMI UTILIZZATI IN AGRICOLTURA

La maggior parte delle formule per calcolare gli indici di valore vegetativo sono progettati per l’uso di dati provenienti da tre o più bande. Gli algoritmi sono suddivisi per tipo di dati di input previsto per ciascuno (utilizzo di sensori accoppiati).

Sensore con solo canale RGB

Sensore con solo RGB e vicino infrarosso (NIR)

Sensori con RGB unitamente a Red Edge (RE) e Near-Infrared (NIR) o Plus Red Edge e Shortwave Infrared (SWIR)