[實用新型]基于高光譜相機和面陣相機及POS系統的高光譜成像系統

有效

• 申請號: 201820057733.2
• 申請日: 2018-01-12
• 公開（公告）號: CN207689369U
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 劉業林;陳興海;黃宇;黃智輝;王金龍;于金科;雷宇博;蘇秋城
• 申請（專利權）人: 四川雙利合譜科技有限公司
• 主分類號: G01N21/55
• 分類號: G01N21/55;G01J3/28
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產權代理有限公司 51230
• 代理人: 徐金瓊;劉東

本實用新型公開了基于高光譜相機和面陣相機及POS系統的高光譜成像系統，包括采集目標一維影像數據的高光譜相機，所述高光譜相機連接處理器，所述高光譜相機一側固定連接有采集目標二維影像數據的面陣相機，所述面陣相機拍攝的二維區域包括所述高光譜相機拍攝的線型區域，所述高光譜相機上還設置采集高光譜相機位置數據和姿態數據的POS系統，所述面陣相機和POS系統均與處理器連接；本實用新型具備很強的實用性，搭載平臺成本低，通過無線傳輸和遠程控制即能實現對搭載平臺的控制，可以在地面上實時觀察到拍攝目標的區域、無人機的飛行姿態、采集的圖像效果等。

技術領域

本實用新型涉及遙感技術領域，具體涉及基于高光譜相機和面陣相機及POS系統的高光譜成像系統。

背景技術

遙感技術的發展在經歷了全色(黑白)、彩色(RGB)，多光譜掃描成像階段之后，由在上世紀80年代初期出現的成像光譜技術，促使光學遙感進入了一個嶄新的階段——高光譜遙感階段。所謂的高光譜指的是具有高光譜分辨率的遙感科學和技術，成像光譜技術所使用的成像光譜儀能夠在電磁波譜的紫外、可見光、近紅外和短波紅外區域，獲取許多非常窄且光譜連續的圖像數據。成像光譜儀為每一個像元提供數十至數百個窄波段的光譜信息，由此而構成一條完整而且連續的光譜曲線。成像光譜儀將視場范圍內觀察的各種地物以完整的光譜曲線記錄下來，而對所記錄的數據進行分析處理和研究是多學科所要進行的工作。

作為一門新興的交叉學科，其主要建立在傳感器、計算機等技術的基礎上，涉及到電磁波理論、光譜學與色度學、物理/幾何光學、電子工程、信息學、地理學、農學、大氣科學、海洋學等多門學科。而電磁波理論則是遙感技術的物理基礎，電磁波與地表物質的相互作用機理、電磁波在不同介質中的傳輸模型和對其進行接收、分析是綜合各門學科和技術的核心所在。針對不同地物的不同光譜特征，利用高光譜圖像可有效地區分和識別地物，是一種典型的非接觸性無損檢測技術，可同時獲取目標的空間和光譜信息，根據不同材質的“指紋”光譜特征可實現對目標的探測識別等工作。因而被廣泛地應用于大氣探測、醫學診斷、物質分類和目標識別、國土資源、生態、環境監測和城市遙感中，由于行業的特殊性和技術應用手段的限制，大多通過衛星遙感、固定翼飛行器、旋翼無人機等方式來獲取其遙感數據。

傳統的推掃式高光譜成像系統均采用通過Pos系統記錄的姿態信息實現對光譜圖像的幾何修正。這種方式適用于星載和有人機系統，而對于穩定性較差的無人機系統POS系統的精度難以滿足應用需求。

而使用旋翼無人機搭載高光譜相機進行推掃成像的模式，在相機系統內部集成掃描機構，旋翼無人機懸停在空中，通過三維增穩云臺的實時調整，保證高光譜相機姿態始終處于穩定狀態下，而系統內置的掃描位移臺會通過控制狹縫的掃描，進而獲取目標對象的圖像(空間)信息和光譜信息。通過三軸增穩云臺將成像系統懸掛在旋翼無人機上。成像光譜儀和面陣單色相機完整的結合在一起，成像鏡頭與掃描機構固定在一起，這兩個獨立模塊之間要保持光軸一致，成像鏡頭會在掃描電機的帶動下與成像光譜和面陣相機的組合有一個相對運動，也就是說，成像鏡頭會在電機的帶動下運動，而成像光譜儀和相機組合體則并不會動，與成像鏡頭之間保持有一個相對移動的趨勢。成像鏡頭與其內部的一個一維掃描電機組合體固定在一起，其成像鏡頭的主光軸與成像光譜儀和探測器的主光軸通過機械固定的方式來保持。入射光束進入成像鏡頭后，再經過與之保持同一主光軸的成像光譜儀的分光，最后將被測物體的像(信息)呈在探測器上。成像光譜儀每次成目標上一條線的像(信息)，并分光使每個光譜成分對應線陣(實際上是一個面陣，光譜維度不記錄位置信息)上的一個像素點。因此，每一幅來自光譜相機的圖像結構包括一個維度(空間軸)上的線陣像素和在另一個維度(光譜軸)上的光譜分布(光在光譜元素的強度)。而要將目標對象所有的像都呈現在面陣探測器上，需要目標物和成像系統之間有一個相對的運動。系統內部有一個固定成像鏡頭的轉接件，此轉接件會在電機的作用下，與譜儀狹縫相平行，并相對于狹縫平面進行掃描(運動)，這樣高光譜數據立方體在鏡頭的移動以及面陣探測器共同的作用下，一行一行建立起來，并且拼接成一副完整的圖像。在此過程中，鏡頭在電機的驅動控制其移動范圍非常的有限，行程在10mm左右。