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Volando alto y con cámara hiperespectral

May 28, 2013

hyperspectral2La semana pasada, el CIMMYT obtuvo una nueva cámara hiperespectral que expandió de forma significativa su capacidad de teledetección. Pablo J. Zarco Tejada, director de QuantaLab, laboratorio de teledetección del Instituto de Agricultura Sostenible (IAS) del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en Córdoba, España, y su grupo de trabajo pasaron los días 13 a 17 de mayo de 2013 en el Campo Experimental Norman E. Borlaug (CENEB) en Ciudad Obregón, México.

Durante su estancia en el CENEB, instalaron la cámara nueva en la plataforma de teledetección que entregaron en su visita anterior, realizada en febrero de 2013. Zarco Tejada y su grupo capacitaron a un piloto y a miembros del personal del CIMMYT para utilizar el equipo de teledetección hiperespectral que fue obtenido mediante un proyecto de adiestramiento del Programa Global de Agricultura de Conservación del CIMMYT y QuantaLab-IAS-CSIC, financiado por los CRP MAIZE y TRIGO de acuerdo con la Iniciativa Estratégica 3.

La tecnología hiperespectral utiliza las cámaras de teledetección más avanzadas que son sensibles a las regiones espectrales visibles e invisibles del infrarrojo cercano. Esto permite adquirir, de manera simultánea, cientos de imágenes, cada una de las cuales cubre, de modo continuo, una región espectral angosta distinta. Las cámaras multiespectrales que se utilizan comúnmente para monitorear los cultivos utilizando métodos de la teledetección captan solo cinco o seis bandas espectrales a la vez, mientras que el nuevo generador de imágenes hiperespectrales del CIMMYT capta 250 bandas espectrales al mismo tiempo, y cubre todo el espectro electromagnético entre la región visible y el infrarrojo cercano. Con esto surgen nuevas oportunidades para la investigación que permitirán detectar a buen tiempo el estrés en los cultivos y realizar evaluaciones fisiológicas, así como facilitar la agricultura de conservación, el fitomejoramiento y la detección de enfermedades, entre otras actividades.

Se instalan una cámara térmica, una multiespectral y una hiperespectral en un vehículo aéreo no tripulado para permitir a los investigadores obtener simultáneamente imágenes térmicas y multi o hiperespectrales. La resolución de las cámaras fluctúa entre 20 y 50 centímetros por pixel; esto permite enfocar parcelas experimentales individuales, así como observar la variabilidad espacial dentro de una parcela en campos comerciales. La cámara capta 250 bandas con 6.4 nanómetros de ancho en la región de 400 a 885 nanómetros y escanea franjas de 500 metros a una resolución de 30 a 50 nanómetros por pixel.

Esto permite calcular varios índices espectrales nuevos relacionados con los pigmentos fotosintéticos, como por ejemplo, el contenido de clorofila, los carotenoides, xantófilos y antocianinas, así como medir indicadores fisiológicos y estructurales que pueden emplearse para mapear el estado de nitrógeno del cultivo y formular recomendaciones respecto al nitrógeno a fin de mejorar la calidad del trigo.

Lo más importante es que el nuevo generador de imágenes hiperespectrales permite detectar el estrés en sus inicios, mediante el uso de índices de banda angosta relacionados con el uso eficiente de la luz, así como cuantificar la fluorescencia de clorofila emitida por las plantas, tema de una investigación internacional de punta sobre la fotosíntesis del dosel. Esto ha resultado ser un indicador fisiólogico que funciona mejor que otros índices tradicionales de la vegetación.

La cámara hiperespectral fue ensayada sobre una zona cercana al CENEB y ahora está lista para utilizarla en el fenotipeado y en la investigación fisiológica y agronómica. Se aplicaron métodos de procesamiento de imágenes y procedimientos del análisis hiperespectral para extraer las signaturas de las imágenes y observar las diferencias espectrales entre los pixeles de vegetación sanos y estresados. Se continuará configurando la nueva cámara hiperespectral para distintos modos de operación e identificando índices de teledetección satisfactorios gracias a un proyecto de investigación colaborativa entre el CIMMYT y QuantaLab-IASCSIC. Los algoritmos y los métodos de punta que se utilizan para procesar las imágenes, así como los instrumentos de campo requeridos para realizar los vuelos, ya se pueden obtener en el CENEB. Se planea utilizar estos mismos instrumentos durante el próximo ciclo de cultivo en El Batán y Toluca.

 

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