ES3023946T3

ES3023946T3 - Aerial vehicle comprising irradiance sensor and imaging device

Info

Publication number: ES3023946T3
Application number: ES17892899T
Authority: ES
Inventors: Felix Darvas
Original assignee: Ageagle Aerial Inc
Current assignee: Ageagle Aerial Inc
Priority date: 2017-01-17
Filing date: 2017-12-14
Publication date: 2025-06-03
Anticipated expiration: 2037-12-14
Also published as: WO2018136175A1; EP3571480B1; US20180343367A1; EP3571480A4; DK3571480T3; CN110291368A; JP2020515809A; FI3571480T3; JP7321093B2; EP3571480A1; US11290623B2; CN121677917A

Abstract

La presente divulgación se refiere a dispositivos y métodos para la detección simultánea de irradiancia con múltiples fotosensores con diferentes orientaciones, y para la determinación de las componentes directa y dispersa de la irradiancia. Uno de estos dispositivos incluye un vehículo aéreo y un dispositivo de detección de irradiancia. El dispositivo de detección de irradiancia incluye una estructura base montada en el vehículo aéreo, la cual incluye varias superficies. Diversos fotosensores están dispuestos en las respectivas superficies de la estructura base, cada uno con una orientación diferente. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Vehículo aéreo que comprende sensor de irradiancia y dispositivo de obtención de imágenes

Antecedentes

Campo técnico

La presente divulgación se refiere a estimar o determinar la irradiancia usando un dispositivo de detección de irradiancia que tiene una pluralidad de fotosensores que tienen diferentes orientaciones.

Descripción de la técnica relacionada

Un problema habitual en la teledetección radiométrica es la estimación de la irradiancia incidente del sol sobre superficies arbitrarias a partir de las componentes dispersada y directa de la luz solar. Tradicionalmente, estas componentes de la luz solar se miden sobre el terreno, usando un piranómetro en sombra para la componente dispersada y un pirheliómetro para la componente directa. Estos dos dispositivos realizan un seguimiento de la posición del sol durante la medición. El pirheliómetro tiene un tubo largo que sólo permite la luz directa en el mismo y el sombreado del seguimiento del piranómetro bloquea la luz directa, de modo que los instrumentos sólo miden la luz directa y dispersada, respectivamente. Ambos instrumentos tienen un coste significativo y son inadecuados para su montaje sobre una plataforma pequeña, que se mueve rápidamente tal como un dron.

Puede usarse un único sensor de luz convencional para medir ambas componentes de la luz solar, si se determina bien la actitud del sensor y se varía la actitud a lo largo del tiempo. Sin embargo, aunque puede montarse tal sensor en un dron, las estimaciones de actitud precisas para una plataforma en movimiento son difíciles de obtener, o requieren sensores costosos y son propensas a errores significativos, particularmente en condiciones de luz cambiantes, por ejemplo debido a nubosidad parcial.

Por consiguiente, en aplicaciones de teledetección convencionales, tales como aplicaciones de obtención de imágenes multiespectral para determinar la salud de vegetación, se emplean normalmente sistemas de calibración situados sobre el terreno para normalizar los efectos de una fuente de luz variable (por ejemplo, el sol) sobre imágenes multiespectrales de un blanco. Tales sistemas de calibración se basan comúnmente en el uso de paneles de reflectancia o calibración de blancos que tienen una reflectancia espectral conocida que se colocan en el campo de visión de un dispositivo de obtención de imágenes multiespectral y pueden usarse para calibrar la imagen adquirida del blanco. Existen varios inconvenientes en tales técnicas, que incluyen que los paneles de calibración o reflectancia son costosos, complicados y no miden con exactitud los niveles de irradiancia de manera simultánea a las imágenes adquiridas.

SASTRY SET AL“Attitude Control for a Micromechanical Flying Insect via Sensor Output Feedback”, IEEE TRANSACTIONS ON ROBOTICS AND AUTOMATION, vol. 20, n.° 1, 1 de febrero de 2004, divulga estrategias de estabilización de actitud a través de la realimentación de sensor de salida para microvehículos aéreos (MAV). Con el fin de compensar las limitaciones de tamaño y potencia de los MAV, se introducen ocelos y halterios, los mecanismos de detección de rotación y orientación corporal usados por los insectos voladores. Se proponen técnicas de estabilización de actitud basadas en estos sensores y se someten a ensayo en un modelo aerodinámico para un insecto volador micromecánico (MFI).

El documento CN 101750068 A divulga un sensor de actitud, y en particular, un sensor solar que usa una fibra guía de luz multicanal como introductor de luz y un método de medición de la posición del mismo.

El documento US 2016/0237745 A1 divulga un sistema de control de sombreado de ventana y método del mismo basándose en radiaciones solares directas y difusas descompuestas.

El documento US 2016/0232650 A1 divulga un método y sistema de calibración de una cámara multiespectral en un vehículo aéreo.

El documento US 2013/0266221 A1 divulga un método de procesamiento de obtención de imágenes, un sistema de procesamiento de imágenes, y un programa de procesamiento de imágenes.

Breve sumario

En un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un dispositivo según la reivindicación 1.

En un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un método según la reivindicación 8.

Las reivindicaciones dependientes definen realizaciones preferidas.

La presente divulgación se refiere a dispositivos y métodos para detectar la irradiancia desde una fuente de luz, tal como el sol, mediante un dispositivo de detección de irradiancia que incluye una pluralidad de fotosensores dispuestos en orientaciones diferentes. Al detectar simultáneamente la irradiancia con múltiples fotosensores que tienen diferentes orientaciones, pueden determinarse componentes particulares de la irradiancia, tales como las componentes directa y dispersada y el ángulo de incidencia. Estas componentes de irradiancia determinadas pueden usarse para compensar o normalizar imágenes de un blanco que se adquieren al mismo tiempo mediante un dispositivo de obtención de imágenes. El dispositivo de detección de irradiancia y el dispositivo de obtención de imágenes pueden transportarse por un vehículo aéreo, tal como un dron.

La presente divulgación proporciona un dispositivo que incluye un vehículo aéreo y un dispositivo de detección de irradiancia. El dispositivo de detección de irradiancia incluye una estructura de base montada en el vehículo aéreo, y la estructura de base incluye una pluralidad de superficies. El dispositivo de detección de irradiancia incluye además una pluralidad de fotosensores, estando dispuesto cada uno de los fotosensores sobre una superficie respectiva de la estructura de base y teniendo diferentes orientaciones.

La presente divulgación proporciona un método que incluye: detectar simultáneamente la irradiancia mediante una pluralidad de fotosensores, teniendo cada uno de los fotosensores una orientación de detección diferente; adquirir información de imagen asociada con un objeto blanco; determinar, mediante un procesador, componentes directa y dispersada de la irradiancia detectada; y determinar una reflectancia del objeto blanco basándose en las componentes directa y dispersada determinadas y la información de imagen adquirida.

La presente divulgación proporciona un método que incluye: detectar simultáneamente la irradiancia mediante una pluralidad de fotosensores situados en un vehículo aéreo, teniendo cada uno de los fotosensores una orientación de detección diferente; transmitir información indicativa de la irradiancia detectada desde la pluralidad de fotosensores a un procesador; y determinar, mediante el procesador, componentes directa y dispersada de la irradiancia.

Breve descripción de las diversas vistas de los dibujos

En los dibujos, los números de referencia idénticos identifican elementos similares. Los tamaños y las posiciones relativas de elementos en los dibujos no se trazan a escala necesariamente.

La figura 1 es una ilustración de un vehículo aéreo para detectar la irradiancia y obtener simultáneamente una imagen de un blanco, según una o más realizaciones de la presente divulgación.

La figura 2 es una ilustración que muestra detalles adicionales del vehículo aéreo de la figura 1.

La figura 3 es una ilustración de un dispositivo de detección de irradiancia, según una o más realizaciones de la presente divulgación.

La figura 4 es un diagrama de bloques que ilustra un sistema para estimar o determinar la irradiancia, basándose en la irradiancia detectada desde una pluralidad de fotosensores, y para determinar la reflectancia de un objeto del que se obtienen imágenes, según una o más realizaciones de la presente divulgación.

La figura 5 es un diagrama de flujo que ilustra un método de determinación de componentes directa y dispersada de la irradiancia detectada, y determinación de la reflectancia de un blanco del que se obtienen imágenes basándose en las componentes directa y dispersada determinadas, según una o más realizaciones de la presente divulgación.

Descripción detallada

La presente divulgación se refiere a sistemas y métodos para medir la irradiancia solar en aplicaciones de teledetección radiométrica. La irradiancia desde una fuente de luz, tal como el sol, puede detectarse simultáneamente mediante una pluralidad de fotosensores dispuestos en orientaciones diferentes en un dispositivo de detección de irradiancia. Por tanto, pueden determinarse componentes de la irradiancia, tales como las componentes directa y dispersada y el ángulo de incidencia, y utilizarse para compensar o normalizar imágenes de un blanco que se adquieren al mismo tiempo mediante un dispositivo de obtención de imágenes.

La figura 1 ilustra un vehículo 100 aéreo para detectar la irradiancia y obtener simultáneamente una imagen, por ejemplo, de un blanco situado sobre el terreno, según una o más realizaciones, y la figura 2 ilustra detalles adicionales del vehículo 100 aéreo. Haciendo referencia a las figuras 1 y 2, el vehículo 100 aéreo incluye un dispositivo 110 de detección de irradiancia y un dispositivo 120 de obtención de imágenes para obtener imágenes de una escena o área física (es decir, un blanco). El dispositivo 110 de detección de irradiancia y el dispositivo 120 de obtención de imágenes pueden recopilar, almacenar y/o emitir la información de imagen e irradiancia obtenida. El vehículo 100 aéreo puede ser cualquier tipo de vehículo aéreo, incluyendo cualquier vehículo aéreo de ala rotatoria o fija, y puede ser un vehículo no tripulado (tal como se muestra en la figura 1) o vehículo aéreo tripulado, tal como un avión o un dron. Adicionalmente, el vehículo 100 aéreo puede ser un vehículo autónomo, capaz de realizar un vuelo autónomo (y la adquisición autónoma de información de imagen e irradiancia), o puede ser un vehículo pilotado (por ejemplo, que hace volar un piloto en un vehículo tripulado, o mediante un piloto a distancia de un vehículo no tripulado).

El blanco del que se obtienen imágenes (por ejemplo, árboles 102, cultivos 104, 106, un campo de hierba, una masa de agua o similar) recibe la irradiancia desde una fuente de luz, tal como el sol 108. El blanco puede ser uno o más de distintos objetos (por ejemplo, un único árbol, un edificio, un estanque, etc.), un área o escena (por ejemplo, una porción de un bosque, una porción de una campo de cultivos, una porción de un lago, etc.) o cualquier otro blanco para el que puede desearse la adquisición de una imagen.

El dispositivo 120 de obtención de imágenes puede ser un dispositivo de obtención de imágenes multiespectral capaz de adquirir imágenes espectrales de un blanco, y puede incluir múltiples generadores de imágenes, sintonizándose cada uno de tales generadores de imágenes para captar longitudes de onda particulares de la luz que se refleja por el blanco. El dispositivo 120 de obtención de imágenes puede estar configurado para determinar luz reflejada captada en una o más de las regiones del ultravioleta, visible, infrarrojo cercano, y/o infrarrojo del espectro electromagnético.

Las imágenes adquiridas por tales dispositivos de obtención de imágenes multiespectrales pueden utilizarse para medir o determinar diferentes características del blanco, tales como el contenido de clorofila de una planta, una cantidad de área de hoja por área unitaria del terreno, una cantidad o un tipo de alga en una masa de agua, y similares. Según la invención, un procesador está configurado para determinar una reflectancia del blanco basándose en información de imagen del blanco adquirida mediante el dispositivo 120 de obtención de imágenes. El dispositivo 120 de obtención de imágenes se monta en el vehículo 100 aéreo y se orienta de cualquier manera que pueda desearse. Por ejemplo, el dispositivo 120 de obtención de imágenes puede montarse en una superficie inferior del vehículo 100 aéreo y situare de tal manera que puedan obtenerse imágenes de blancos situados sobre el terreno.

El dispositivo 110 de detección de irradiancia puede montarse en una superficie superior del dispositivo 100 aéreo, e incluye una pluralidad de fotosensores configurados para detectar simultáneamente la irradiancia desde una fuente de luz, tal como el sol 108, en diversas diferentes orientaciones con respecto a la fuente de luz.

Al detectar simultáneamente la irradiancia mediante múltiples fotosensores que tienen diferentes orientaciones, es posible determinar características particulares de la fuente de luz, concretamente las componentes directa y dispersada de la irradiancia solar, así como un ángulo de incidencia a de la irradiancia solar. Además, el dispositivo 110 de detección de irradiancia detecta la irradiancia al mismo tiempo que se adquieren imágenes mediante el dispositivo 120 de obtención de imágenes, lo que facilita la normalización o compensación de las imágenes adquiridas para tener en cuenta variaciones en la irradiancia recibida por el blanco del que se obtienen imágenes. Por ejemplo, una imagen de un blanco adquirida mediante el dispositivo 120 de obtención de imágenes un día nublado puede correlacionarse con una imagen adquirida del mismo blanco un día despejado, teniendo en cuenta las diferencias en la irradiancia detectada mediante el dispositivo 110 de detección de irradiancia en el momento de adquisición de cada imagen.

La figura 3 ilustra el dispositivo 110 de detección de irradiancia con mayor detalle, según una o más realizaciones de la presente divulgación. El dispositivo 110 de detección de irradiancia incluye una pluralidad de fotosensores 112 dispuestos sobre diferentes superficies de una base 115. La base 115 incluye una superficie 114 inferior que puede montarse, por ejemplo, en una superficie superior del vehículo 100 aéreo. Extendiéndose desde la superficie 114 inferior hay una pluralidad de superficies 116 inclinadas sobre las que pueden montarse los fotosensores 112. Tal como se muestra en la figura 3, en una o más realizaciones, la base 115 puede tener una forma de pirámide cuadrada truncada, con cuatro superficies 116 inclinadas que se extienden entre la superficie 114 inferior y una superficie 118 superior plana. Uno o más fotosensores 112 puede montarse sobre cada una de las superficies 116 inclinadas y la superficie 118 superior. Por tanto, los fotosensores 112 pueden estar orientados para recibir y detectar componentes (por ejemplo, componentes directa y dispersada) o cantidades variables de irradiancia desde una fuente de luz tal como el sol 108.

La base 115 puede tener cualquier forma o conformación que incluye una pluralidad de superficies sobre las que pueden montarse fotosensores 112 y configurarse para detectar la irradiancia desde orientaciones diferentes. El dispositivo 110 de detección de irradiancia puede incluir preferiblemente al menos cuatro, y según la invención reivindicada, incluye cinco fotosensores 112. Por consiguiente, la base 115 puede incluir preferiblemente al menos cuatro, y según la invención reivindicada, cinco superficies que tienen diferentes orientaciones para montar los fotosensores 112.

Cada fotosensor 112 incluye un alojamiento 111 o algún embalaje externo que aloja conjuntos de circuitos electrónicos (tales como uno o más circuitos integrados específicos de aplicación, memoria legible por ordenador y similares) para procesar y/o almacenar las señales recibidas (por ejemplo, señales indicativas de la irradiancia detectada), y una superficie 113 de fotosensor para detectar la irradiancia.

Cada uno de los fotosensores 112 puede incluir uno o más puertos 117 para comunicar señales (por ejemplo, una o más señales indicativas de la irradiancia detectada) a o desde los fotosensores 112. En una o más realizaciones, los fotosensores 112 pueden acoplarse a un procesador (por ejemplo, mediante uno o más hilos o cables eléctricos acoplados a los puertos 117) que se incluye a bordo del vehículo 100 aéreo. El procesador puede acoplarse de manera acumulativa asimismo al dispositivo 120 de obtención de imágenes. Por consiguiente, el procesador puede adquirir la irradiancia detectada mediante los fotosensores 112 al mismo tiempo que se adquiere una imagen de un blanco mediante el dispositivo 120 de obtención de imágenes. Por tanto, puede correlacionarse la irradiancia detectada mediante el dispositivo 110 de detección de irradiancia con la imagen que se adquiere simultáneamente mediante el dispositivo 120 de obtención de imágenes.

Adicional o alternativamente, los fotosensores 112 pueden almacenar la información de irradiancia detectada a medida que se adquiere durante un vuelo del vehículo 100 aéreo. Asimismo, el dispositivo 120 de obtención de imágenes puede almacenar imágenes adquiridas durante el vuelo. La información de imagen e irradiancia puede cargarse más tarde en un sistema informático, que puede correlacionar la información de imagen e irradiancia almacenada basándose en el momento de adquisición de tal información, que puede proporcionarse a través de un sello de tiempo o información similar que puede incluirse con la información de imagen e irradiancia.

La base 115 puede ser al menos parcialmente hueca o puede incluir de otro modo una cavidad interior, que reduce el peso del dispositivo 110 de detección de irradiancia. Además, componentes adicionales del vehículo 100 aéreo, tales como cualquier componente eléctrico o electrónico, pueden alojarse dentro de la cavidad interior de la base 115. Por ejemplo, un procesador y/o cualquier otro conjunto de circuitos puede incluirse dentro de la base 115 y puede acoplarse de manera comunicativa a los fotosensores 112 y/o el dispositivo 120 de obtención de imágenes. Para la detección de irradiancia mediante un vehículo aéreo, un dispositivo de detección de irradiancia debe proporcionar una estimación instantánea de ambas componentes directa y dispersada, independientemente de las estimaciones de actitud de sensor (por ejemplo, que pueden proporcionarse a partir de una IMU imprecisa) y los grandes movimientos del propio vehículo aéreo. Aunque un único sensor no puede proporcionar tales estimaciones, sí que puede una matriz de múltiples sensores tal como el dispositivo 110 de detección de irradiancia proporcionado en el presente documento.

Tal como se demostrará a continuación, las componentes directa y dispersada de irradiancia solar en cualquier momento particular se determinan basándose en la irradiancia detectada simultáneamente adquirida por una pluralidad de fotosensores 112 que tienen diferentes orientaciones.

Por motivos de simplicidad y sin pérdida de generalidad, se supone que un sistema de coordenadas de cuerpo de sensor tiene un eje Z orientado hacia la posición actual del sol. En tal sistema de coordenadas, el ángulo de incidencia a entre el sol y un sensor sólo depende de dos ángulos (el ángulo azimutal y el ángulo cenital), puesto que la irradiancia es invariante en rotaciones alrededor del eje Z.

Más que intentar medir directamente estos ángulos, los ángulos azimutal y cenital se tratan como incógnitas que van a estimarse junto con la irradiancia solar directa y dispersada. Por tanto en total, pretende determinarse cuatro incógnitas a partir de un conjunto de cinco (o más) mediciones de irradiancia independientes, que proporcionarán cinco (o más) ecuaciones no lineales. Tal sistema puede resolverse fácilmente por medios convencionales, tales como el método de Newton o los mínimos cuadrados.

Un sistema de cinco sensores (por ejemplo, tal como se muestra en la figura 3) que tiene la siguiente configuración proporciona buenos resultados en simulación y permite una determinación estable de todas las cantidades desconocidas.

Obsérvese que la única entrada en este método son las orientaciones conocidas fijas de los fotosensores y las irradiancias medidas. No se requieren suposiciones sobre el transcurso temporal de la irradiancia directa y dispersada y no es necesario medir actitudes. Las estimaciones de las componentes de la irradiancia son instantáneas y como beneficio añadido, se proporciona las actitudes de los fotosensores en el sistema de coordenadas solares especial.

Se observa que hay algunas circunstancias especiales en las que este método no puede determinar de manera adecuada las componentes de la irradiancia. Existe una circunstancia tal en ausencia de cualquier luz directa, en la que el número de ecuaciones independientes se desploma a sólo una. Sin embargo, este es un caso especial que puede identificarse fácilmente, ya que en este caso todas las lecturas de los fotosensores deben ser la misma, e iguales a la irradiancia dispersada. Además, no pueden esperarse resultados significativos cuando el ángulo de incidencia se vuelve mayor de 90 grados para cualquier fotosensor, un caso que puede determinarse mediante el uso de una IMU. Obsérvese que en este caso no se requiere una exactitud particularmente alta de la IMU, ya que sólo es necesario determinar este umbral especial.

En vista de lo anterior, el dispositivo 110 de detección de irradiancia puede tener un sistema de coordenadas conocido, y existe una transformación y puede determinarse entre el sistema de coordenadas de dispositivo y el sistema de coordenadas global, ya que se conoce la posición del sol en cualquier momento dado.

Por consiguiente, se utiliza la irradiancia detectada simultáneamente mediante cada uno de los fotosensores 112 del dispositivo 110 de detección de irradiancia para determinar (por ejemplo, mediante un procesador) las componentes directa y dispersada de la irradiancia solar (así como el ángulo de incidencia a, el ángulo azimutal $ y el ángulo cenital 0) que es incidente en un momento particular sobre un blanco del que pueden obtenerse imágenes mediante el dispositivo 120 de obtención de imágenes.

La figura 4 es un diagrama de bloques que ilustra un sistema 200 para estimar o determinar la irradiancia, basándose en la irradiancia detectada desde una pluralidad de fotosensores (por ejemplo, tal como se detecta mediante el dispositivo 110 de detección de irradiancia), y para determinar la reflectancia de un blanco u objeto del que se obtienen imágenes. El sistema 200 puede incluir un procesador 230 que se acopla de manera comunicativa al dispositivo 120 de obtención de imágenes y el dispositivo 110 de detección de irradiancia (que incluye fotosensores 1 a N).

Tal como se indicó anteriormente en el presente documento, el procesador 230 puede incluirse a bordo del vehículo 100 aéreo (por ejemplo, alojado dentro de una cavidad en la base 115, o en cualquier otra ubicación en el vehículo 100 aéreo). En otras realizaciones, el procesador 230 puede incluirse como parte de un ordenador de procesamiento posterior al que puede acoplarse el dispositivo 110 de detección de irradiancia y/o el dispositivo 120 de obtención de imágenes después de una sesión de obtención de imágenes mediante el vehículo 100 aéreo. Por tanto, el ordenador de procesamiento posterior puede determinar las componentes de la irradiancia detectada basándose en los datos recopilados y almacenados mediante el dispositivo 110 de detección de irradiancia. Asimismo, el dispositivo 120 de obtención de imágenes puede captar y almacenar datos, que pueden proporcionarse más tarde a y procesarse mediante el procesador 230.

Adicionalmente, el procesador 230 y/o instrucciones realizadas mediante el procesador 230 (por ejemplo, para determinar componentes de irradiancia, valores de reflectancia, etc.) pueden ubicarse en la nube, es decir, una red informática distribuida remota que recibe los datos recopilados de manera inalámbrica desde el dispositivo 120 de obtención de imágenes y el dispositivo 110 de detección de irradiancia o recibe los datos a través de una red cableada una vez que el dispositivo 120 de obtención de imágenes y el dispositivo de detección de irradiancia 110 se acoplan a un ordenador después de la sesión de obtención de imágenes.

El procesador 230 recibe la información de irradiancia detectada desde el dispositivo 110 de detección de irradiancia y la información de imagen adquirida desde el dispositivo 120 de obtención de imágenes. El procesador 230 puede acceder a un módulo 234 de determinación de irradiancia, que contiene instrucciones legibles por ordenador para determinar las componentes directa y dispersada de la irradiancia solar (y puede determinar además el ángulo de incidencia a, el ángulo azimutal $ y el ángulo cenital 0) basándose en la información de irradiancia detectada simultáneamente desde la pluralidad de fotosensores 112, tal como se describe en el presente documento.

El procesador 230 proporciona las componentes directa y dispersada determinadas de irradiancia solar a un módulo 232 de determinación de reflectancia, junto con información de imagen de un blanco que se adquirió mediante el dispositivo 120 de obtención de imágenes al mismo tiempo que se adquirió la información de irradiancia. El módulo 232 de determinación de reflectancia incluye instrucciones legibles por ordenador para determinar la reflectancia del blanco basándose en la información de imagen del blanco (que puede indicar, por ejemplo, una cantidad de luz reflejada por el blanco) y las componentes determinadas de irradiancia en el momento en que se adquirió la información de imagen. Por consiguiente, se normaliza o compensa la reflectancia determinada de un blanco del que se obtienen imágenes para tener en cuenta diferentes niveles de irradiancia que pueden estar presentes en el momento de obtención de imágenes de un blanco. Por ejemplo, una reflectancia determinada para un blanco basándose en una imagen del blanco adquirida un día nublado será la misma o sustancialmente la misma que la reflectancia para ese mismo blanco que se determina basándose en una imagen del blanco que se adquirió un día despejado.

Por tanto, puede determinarse un factor de compensación mediante el procesador 230 (basándose en las componentes determinadas de irradiancia) y puede aplicarse mediante el módulo 232 de determinación de reflectancia para cada imagen que se adquiere mediante el dispositivo 120 de obtención de imágenes, con el fin de determinar de manera exacta la reflectancia del blanco del que se obtienen imágenes, independientemente de las condiciones de iluminación en el momento en que se adquirió la imagen.

La figura 5 es un diagrama 300 de flujo que ilustra un método de la presente divulgación. En 302, el método incluye detectar simultáneamente la irradiancia desde una fuente de luz mediante un dispositivo 110 de detección de irradiancia que incluye una pluralidad de fotosensores 112 que tienen diferentes orientaciones con respecto a la fuente de luz. Los fotosensores 112 pueden estar dispuestos, por ejemplo, tal como se muestra en el dispositivo 110 de detección de irradiancia de la figura 3. Los fotosensores 112 pueden incluirse a bordo de un vehículo 100 aéreo, y la irradiancia puede detectarse, por tanto, mientras el vehículo 100 aéreo está en vuelo.

En 304, el método incluye adquirir una imagen de un objeto blanco mediante un dispositivo 120 de obtención de imágenes. La imagen puede adquirirse al mismo tiempo que el dispositivo 110 de detección de irradiancia detecta la irradiancia, y la información de imagen e irradiancia puede correlacionarse así.

En 306, el método incluye determinar componentes directa y dispersada de la irradiancia detectada. Y en 308, el método incluye determinar la reflectancia del objeto blanco basándose en las componentes directa y dispersada determinadas de la irradiancia detectada, y la imagen adquirida del objeto blanco. Por tanto, este método proporciona mediciones de reflectancia compensadas o normalizadas de manera inherente de un blanco, tal como vegetación, que son independientes de cambios en la irradiancia desde una fuente de luz variable (por ejemplo, el sol), y no requiere una IMU o calibración del dispositivo de obtención de imágenes. El método puede realizarse para cada imagen adquirida mediante el dispositivo 120 de obtención de imágenes.

Como se conoce bien, diferentes materiales reflejan y absorben la irradiancia incidente de manera diferente a diferentes longitudes de onda. Por tanto, pueden diferenciarse blancos basándose en su firmas de reflectancia espectrales en imágenes de teledetección. La reflectancia es una propiedad de los materiales y se define generalmente como la fracción de la irradiancia incidente que se refleja por un blanco. Las propiedades de reflectancia de un material dependen del material particular y su estado físico y químico (por ejemplo, la humedad), así como otras propiedades tales como textura de superficie y otras propiedades que pueden conocerse en el campo relevante.

Por tanto, las diversas realizaciones proporcionadas en el presente documento pueden utilizarse en una variedad de aplicaciones en las que puede desearse determinar la reflectancia de uno o más blancos de los que se obtienen imágenes. Por ejemplo, mediante la medición o determinación de la reflectancia de una planta a diferentes longitudes de onda, pueden identificarse áreas de estrés en un cultivo. Además, los cambios determinados en la reflectancia de características de superficie tales como vegetación, suelo, agua y similares pueden utilizarse para determinar el desarrollo de enfermedad en cultivos, crecimiento de algas en una masa de agua, cambios en las propiedades químicas del terreno o suelo, y así sucesivamente.

Se contemplan otras aplicaciones diversas mediante la presente divulgación. Por ejemplo, pueden utilizarse realizaciones proporcionadas en el presente documento en aplicaciones de navegación, puesto que la orientación del dispositivo 110 de detección de irradiancia se determina con respecto a la posición del sol. Es decir, la orientación del dispositivo 110 de detección de irradiancia puede mapearse al sistema de coordenadas global u horizontal, tal como se describió anteriormente, que puede usarse por tanto con propósitos de navegación mediante cualquier vehículo que incluya el dispositivo 110 de detección de irradiancia. Adicionalmente, se apreciará que pueden determinarse parámetros de vuelo del vehículo 100 aéreo, incluyendo cabeceo, rumbo y balanceo, puede determinarse basándose en la irradiancia detectada mediante los fotosensores 112 del dispositivo 110 de detección de irradiancia, y las componentes determinadas de la irradiancia. Tal como se indicó anteriormente en el presente documento, las estimaciones de las componentes de la irradiancia son instantáneas y las actitudes de los fotosensores se proporcionan en el sistema de coordenadas solares especial. Además, la orientación del dispositivo 110 de detección de irradiancia puede mapearse al sistema de coordenadas global u horizontal, tal como se describe en el presente documento. Por consiguiente, las actitudes de los fotosensores determinadas (incluyendo, información de cabeceo, rumbo y balanceo) proporcionadas en el sistema de coordenadas solares especial puede mapearse al sistema de coordenadas global u horizontal para una indicación de la actitud del vehículo 100 aéreo con respecto a la Tierra. Adicionalmente, pueden utilizarse cambios en el cabeceo, rumbo y balanceo de los fotosensores determinados durante el vuelo con propósitos de navegación.

En la descripción, se exponen ciertos detalles específicos con el fin de proporcionar una comprensión exhaustiva de diversas realizaciones de la divulgación. Sin embargo, un experto en la técnica entenderá que la divulgación puede ponerse en práctica sin estos detalles específicos. En otros casos, no se han descrito con detalle estructuras que se conocen bien para evitar complicar innecesariamente las descripciones de las realizaciones de la presente divulgación.

A menos que el contexto requiera lo contrario, en la totalidad de la memoria descriptiva y las reivindicaciones que siguen, el término “comprenden” y variaciones del mismo, tal como “comprende” y “que comprende,” han de interpretarse en un sentido abierto, inclusivo, es decir, como “que incluye, pero no se limita a”.

La referencia en la totalidad de la presente memoria descriptiva a “una realización” significa que un rasgo, estructura o característica particular descritos en relación con la realización se incluye en al menos una realización. Por tanto, las apariciones de la expresión “en una realización” en diversos lugares en la totalidad de la presente memoria descriptiva no hacen todas necesariamente referencia a la misma realización. Además, los rasgos, estructuras, o características particulares pueden combinarse de cualquier manera adecuada en una o más realizaciones.

Tal como se usa en la presente memoria descriptiva y las reivindicaciones adjuntas, las formas en singular “un(o)”, “una”, y “el/la” incluyen referentes en plural a menos que el contexto dicte claramente lo contrario. Debe observarse que el término “o” se emplea generalmente en su sentido que incluye “y/o” a menos que el contenido dicte claramente lo contrario.

La invención se define por las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo, que comprende:

un vehículo (100) aéreo; y

un dispositivo (110) de detección de irradiancia que incluye:

una estructura (115) de base montada en el vehículo (100) aéreo, incluyendo la estructura (115) de base cinco superficies (116, 118), y

cinco fotosensores (112) dispuestos respectivamente sobre las superficies de la estructura (115) de base y que tienen diferentes orientaciones unos con respecto a otros, en el que los cinco fotosensores (112) están configurados para detectar simultáneamente la irradiancia desde una fuente de luz, y para emitir señales indicativas de la irradiancia detectada, y

en el que el dispositivo comprende además un procesador (230) acoplado a los cinco fotosensores (112) y configurado para recibir las señales emitidas y para determinar una componente directa y una componente dispersada de la irradiancia detectada, y un ángulo azimutal y uno cenital de la fuente de luz en un sistema de coordenadas de cuerpo de sensor basándose en la orientación de los fotosensores y la irradiancia detectada,

en el que la componente directa y la componente dispersada de la irradiancia detectada, y el ángulo azimutal y el cenital de la fuente de luz se determinan resolviendo al menos cinco ecuaciones no lineales formadas a partir de un conjunto de al menos cinco mediciones de irradiancia independientes, comprendiendo además el dispositivo un dispositivo (120) de obtención de imágenes montado en el vehículo (100) aéreo, en el que el procesador (230) está acoplado al dispositivo de detección de irradiancia y el dispositivo de obtención de imágenes, estando configurado el procesador para determinar una reflectancia de un blanco basándose en información de imagen del blanco adquirida mediante el dispositivo de obtención de imágenes y las componentes determinadas de irradiancia en el momento en que se adquirió la información de imagen, y normalizar o compensar la reflectancia determinada para tener en cuenta diferentes niveles de irradiancia en el momento de la obtención de imágenes del blanco.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que las cinco superficies de la estructura (115) de base incluyen una superficie (114) inferior, una superficie (118) superior y una pluralidad de superficies (116) inclinadas que se extienden entre las superficies inferior y superior.

3. Dispositivo según la reivindicación 2, en el que los cinco fotosensores están dispuestos sobre las superficies (116, 118) superior e inclinadas de la estructura de base.

4. Dispositivo según la reivindicación 3, en el que las superficies (116) inclinadas de la estructura (115) de base incluyen cuatro superficies (116) inclinadas, y los cinco fotosensores (112) están dispuestos sobre las cuatro superficies (116) inclinadas y la superficie (118) superior.

5. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el dispositivo (120) de obtención de imágenes es un dispositivo de obtención de imágenes multiespectral.

6. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el vehículo (100) aéreo es un vehículo aéreo no tripulado.

7. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que la estructura (115) de base incluye una cavidad interior que aloja uno o más componentes eléctricos del dispositivo.

8. Método, que comprende:

detectar simultáneamente irradiancia mediante cinco fotosensores (112) situados en un vehículo (100) aéreo, teniendo cada uno de los fotosensores (112) una orientación de detección diferente;

transmitir información indicativa de la irradiancia detectada desde los cinco fotosensores (112) a un procesador (230);

determinar, mediante el procesador (230), componentes directa y dispersada de la irradiancia, y un ángulo azimutal y uno cenital de la fuente de luz en un sistema de coordenadas de cuerpo de sensor basándose en la orientación de los fotosensores y la irradiancia detectada, en el que la componente directa y la componente dispersada de la irradiancia detectada, y el ángulo azimutal y el cenital de la fuente de luz se determinan resolviendo al menos cinco ecuaciones no lineales formadas a partir de un conjunto de al menos cinco mediciones de irradiancia independientes; y

determinar, mediante el procesador (230), una reflectancia de un blanco basándose en información de imagen del blanco adquirida por un dispositivo de obtención de imágenes y las componentes determinadas de irradiancia en el momento en que se adquirió la información de imagen, y normalizar o compensar la reflectancia determinada para tener en cuenta diferentes niveles de irradiancia en el momento de la obtención de imágenes del blanco.

9 Método según la reivindicación 8, que comprende además:

determinar, mediante el procesador (230), al menos uno de cabeceo, rumbo y balanceo del vehículo aéreo basándose en la irradiancia detectada simultáneamente mediante los cinco fotosensores que tienen una orientación de detección diferente.

10. Método según la reivindicación 9, que comprende además:

pilotar un vuelo del vehículo aéreo basándose en el al menos uno determinado de cabeceo, rumbo y balanceo.

11. Método según la reivindicación 8, que comprende además correlacionar la irradiancia detectada con la información de imagen en un momento en que se adquiere la información de imagen.

12. Método según la reivindicación 8, que comprende además determinar, mediante el procesador (230), un ángulo de incidencia de la irradiancia.

13. Método según la reivindicación 8, en el que el objeto blanco incluye una planta, comprendiendo además el método:

determinar el estado de salud de la planta basándose en la reflectancia determinada de la planta.