Gli indici di vegetazione, come il noto Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), sono degli strumenti utili per rilevare il vigore delle piante. Il loro funzionamento si basa sulla misurazione della luce solare riflessa dalle foglie a differenti lunghezze d'onda.
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Normalmente, per avere dati affidabili per l'elaborazione di tali indici si usano sensori multispettrali, il cui costo tuttavia è piuttosto elevato e dunque l'uso è ristretto ad un numero limitato di aziende agricole, dotate di grandi superfici o di colture ad alto valore aggiunto. Una ricerca del Crea, in collaborazione con l'Università degli Studi della Tuscia e l'Università La Sapienza di Roma, ha dimostrato però che è possibile ottenere indici di vegetazione attendibili utilizzando le normali fotocamere RGB presenti sugli smartphone.
"Sulla base dei nostri studi potranno essere sviluppati degli applicativi che permetteranno a qualunque agricoltore in possesso di uno smartphone di elaborare in maniera semplice e affidabile degli indici di vegetazione", ci racconta Luciano Ortenzi, ricercatore dell'Università degli Studi della Tuscia e tra gli autori del paper pubblicato su Computers and Electronics in Agriculture nell'ambito del programma AgriDigit. "In questo modo avviciniamo in maniera semplice ed economica le aziende a degli strumenti che sono utili per una corretta gestione dell'azienda".
L'uso degli indici di vegetazione in agricoltura
Quando la luce del sole colpisce una foglia, parte della radiazione elettromagnetica viene assorbita dalla pianta (in particolare nelle frequenze del rosso e del viola), mentre la maggior parte viene riflessa (come il verde) e si disperde nell'ambiente.
I vari indici di vegetazione elaborati nel corso degli anni (sono oltre cinquecento) si basano sul principio di misurare la firma spettrale di un vegetale, intesa come la quantità di luce riflessa nelle diverse lunghezze d'onda, al fine di dedurre lo stato di salute di un pianta.
D'altronde già a occhio nudo sappiamo che se una foglia è marrone significa che è morta, in quanto riflette tutte le lunghezze d'onda. Mentre una foglia sana è di un bel verde intenso.
In particolare l'indice NDVI, quello più usato per la sua affidabilità e semplicità, si calcola come il rapporto tra NIR-RED e NIR+RED. La lunghezza del rosso (RED) è oggi facilmente rilevabile da una comune camera RGB, mentre per misurare il vicino infrarosso (NIR, Near InfraRed) è necessario utilizzare dei sensori multispettrali il cui costo è di alcune migliaia di euro. Questo preclude di fatto l'accesso a questi indici da parte della maggioranza degli agricoltori.
Certo, sarebbe possibile utilizzare le immagini satellitari scattate dai satelliti in orbita intorno alla Terra, come ad esempio il Sentinel 2. Eppure si tratta di sensori che hanno una risoluzione di 10x10 metri. Se su colture estensive tali dati possono essere estremamente utili, in frutticoltura, viticoltura ed orticoltura diventano invece poco significativi a causa della bassa risoluzione.
Gli agricoltori possono allora comprare servizi da società specializzate, che gestiscono satelliti con risoluzioni elevate (nell'ordine di centimetri), oppure acquistare direttamente la sensoristica necessaria, effettuando le misurazioni attraverso l'uso di droni o mezzi di terra. Ma entrambe le opzioni comportano un esborso economico elevato e una certa preparazione tecnica.
L'indice NDVI usando lo smartphone
"Proprio per venire incontro alle necessità dei piccoli agricoltori abbiamo studiato la possibilità di ricavare un indice di vegetazione affidabile utilizzando esclusivamente i dati forniti dai sensori RGB presenti in ogni smartphone", spiega Ortenzi.
"Durante il lavoro sono state acquisite immagini di diverse specie vegetali, in diversi stati di vegetazione, attraverso un sensore iperspettrale (Specim IQ) dotato anche di un sensore RGB sovrapposto nativamente. Tali immagini sono state usate per addestrare una rete neurale che è stata in grado di dedurre l'indice NDVI sulla base delle immagini RGB, analizzate pixel per pixel. Il modello è stato poi testato su circa mille immagini acquisite da un sensore Sentera 6X montato su un drone per valutare l'efficienza del modello applicato".
Come spiegato da Luciano Ortenzi, l'affidabilità di questo metodo per il calcolo dell'NDVI è molto elevata ed assolutamente utilizzabile nella gestione agronomica del campo. Se si guarda il singolo pixel, quelli che descrivono le foglie sono aderenti ai dati che si sarebbero ricavati da un sensore multispettrale, mentre quelli che riguardano il suolo sono meno affidabili, ma anche meno interessanti per l'agricoltore.
Il color checker usato in campo
(Fonte foto: Università degli Studi della Tuscia)
Affinché il sistema funzioni è necessario che le immagini scattate con il cellulare siano calibrate. Questo significa che l'operatore deve posizionare in campo un color checker, che altro non è che un cartoncino sul quale sono riportati vari colori. Questo serve al sistema per valutare le condizioni di illuminazione ed evitare quindi che le misurazioni siano influenzate dal differente irraggiamento solare, dovuto ad esempio all'ora del giorno in cui si opera o alla presenza di nuvole.
"Il nostro obiettivo è stato quello di sviluppare un sistema semplice da utilizzare, qualcosa che potesse essere usato nella realtà di campo senza la necessità di acquistare particolari tecnologie o avere professionalità specifiche", conclude Ortenzi. "Per adesso il nostro lavoro si è fermato allo sviluppo di un modello matematico, ma stiamo valutando la possibilità di creare un'app per rendere la nostra ricerca effettivamente utilizzabile in campo".
