基于無(wú)人機(jī)成像高光譜的作物覆蓋度提取研究（一）
基于無(wú)人機(jī)成像高光譜的作物覆蓋度提取研究
——四川雙利合譜科技有限公司
一、測(cè)試原理及方法：
基于無(wú)人機(jī)成像高光譜的作物覆蓋度提取研究（一）
高光譜成像技術(shù)是近二十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的基于非常多窄波段的影像數(shù)據(jù)技術(shù)，其*突出的應(yīng)用是遙感探測(cè)領(lǐng)域，并在越來(lái)越多的民用領(lǐng)域有著更大的應(yīng)用前景。它集中了光學(xué)、光電子學(xué)、電子學(xué)、信息處理、計(jì)算機(jī)科學(xué)等領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，是傳統(tǒng)的二維成像技術(shù)和光譜技術(shù)有機(jī)的結(jié)合在一起的一門新興技術(shù)。
高光譜成像技術(shù)的定義是在多光譜成像的基礎(chǔ)上，在從紫外到近紅外（200-2500nm）的光譜范圍內(nèi)，利用成像光譜儀，在光譜覆蓋范圍內(nèi)的數(shù)十或數(shù)百條光譜波段對(duì)目標(biāo)物體連續(xù)成像。在獲得物體空間特征成像的同時(shí)，也獲得了被測(cè)物體的光譜信息。
目標(biāo)物體-成像物鏡-入射狹縫-準(zhǔn)直透鏡-PGP-聚焦透鏡-CCD棱鏡-光柵-棱鏡：PGP
圖1 成像原理圖
光譜儀的光譜分辨率由狹縫的寬度和光學(xué)光譜儀產(chǎn)生的線性色散確定。*小光譜分辨率是由光學(xué)系統(tǒng)的成像性能確定的（點(diǎn)擴(kuò)展大?。?
成像過(guò)程為：每次成一條線上的像后（X方向），在檢測(cè)系統(tǒng)輸送帶前進(jìn)的過(guò)程中，排列的探測(cè)器掃出一條帶狀軌跡從而完成縱向掃描（Y方向）。綜合橫縱掃描信息就可以得到樣品的三維高光譜圖像數(shù)據(jù)。
圖2 像立方體
圖3 GaiaSky-min高光譜成像儀
圖4 基于無(wú)人機(jī)的GaiaSky-min高光譜成像系統(tǒng)
基于無(wú)人機(jī)成像高光譜的作物覆蓋度提取研究（一）
GaiaSky-mini高光譜成像系統(tǒng)是針對(duì)小型旋翼無(wú)人機(jī)開發(fā)的高性價(jià)比機(jī)載高光譜成像系統(tǒng)。采用**的內(nèi)置掃描系統(tǒng)和增穩(wěn)系統(tǒng)，成功克服了小型無(wú)人機(jī)系統(tǒng)搭載推掃式高光譜相機(jī)時(shí)，由于無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的震動(dòng)造成的成像質(zhì)量差的問(wèn)題。為高光譜成像技術(shù)在目標(biāo)識(shí)別、偽裝與反偽裝等**領(lǐng)域，地面物體與水體遙測(cè)、現(xiàn)代精細(xì)農(nóng)業(yè)等生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
基于無(wú)人機(jī)成像高光譜的作物覆蓋度提取研究（一）
可搭載于輕型旋翼無(wú)人機(jī)，極低的系統(tǒng)成本與測(cè)試成本
采用懸停拍攝方式，無(wú)需高精度慣導(dǎo)系統(tǒng)，圖像實(shí)時(shí)自動(dòng)拼接
操作方便，無(wú)需專業(yè)無(wú)人機(jī)操控手，可實(shí)現(xiàn)單人操作
圖像實(shí)時(shí)回傳，監(jiān)控拍攝效果
輔助取景攝像頭實(shí)現(xiàn)真正的所見即所得
數(shù)據(jù)預(yù)覽及矯正功能：輻射度校正、反射率校正、區(qū)域校正支持批處理
數(shù)據(jù)格式**兼容Evince、Envi等第三方數(shù)據(jù)分析軟件
支持Win7-32位或64位系統(tǒng)
基于無(wú)人機(jī)成像高光譜的作物覆蓋度提取研究（一）
相機(jī)規(guī)格參數(shù)表
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型號(hào)（GaiaField-mini） |
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譜儀特性 |
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光譜范圍 |
400-1000（nm） |
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光譜分辨率（30um） |
4nm+-0.5nm |
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數(shù)值孔徑 |
F/2.8 |
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有效狹縫長(zhǎng)度 |
8.9(mm) |
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總效率 |
>50% |
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相機(jī)特性 |
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傳感器 |
CCD Sony ICX285，逐行掃描 |
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全幅像素 |
1392 （空間維）x 1040（光譜維） |
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像素間距 |
6.45（um） |
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相機(jī)輸出 |
16（bit） |
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連接方式 |
USB 2.0 |
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耗電量 |
約2.5w |
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工作電壓 |
5V |
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系統(tǒng)特性 |
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拍攝方式 |
懸停（內(nèi)置掃描） |
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搭載平臺(tái) |
旋翼無(wú)人機(jī)、無(wú)人飛艇、無(wú)人直升機(jī)等可懸停飛行器 推薦：大疆Ｓ１０００ |
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飛行高度 |
<1000米（決定于無(wú)人機(jī)**飛行高度） |
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鏡頭 |
18.5,23mm（可選） |
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橫向視角 (FOVac，°) |
27@18.5mm,21@23mm |
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橫向視場(chǎng) |
234米@18.5mm,186米@23mm（飛行高度500米） |
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掃描視場(chǎng)(°) |
33.5@18.5mm,26@23mm |
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Bin方式 |
1X |
2X(推薦) |
4X |
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空間分辨率（@23mm,高度500米） |
0.17m@18.5 0.14m@23mm |
0.34m@18.5 0.27m@23mm |
0.67m@18.5 0.53m@23mm |
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掃描速度 (line images/s) |
30 |
60 |
84 |
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單幅拍攝速度（秒） |
60 |
15 |
7 |
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重量 |
相機(jī)（含內(nèi)置掃描）1.3Kg 增穩(wěn)云臺(tái)：1.7kg 數(shù)采及控制器及電池：0.9kg 總重<4kg |
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電池 |
容量40Wh(工作時(shí)間>2小時(shí)) |
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基于無(wú)人機(jī)成像高光譜的作物覆蓋度提取研究（一）
產(chǎn)品詳細(xì)清單
名稱
型號(hào)
說(shuō)明
高光譜成像儀
GaiaSky-mini
光譜范圍400~1000nm, 光譜分辨率4nm
成像鏡頭
OL及OLE系列鏡頭，標(biāo)配：Hsia-OL23
23mm，C-mount,400~1000nm
懸疑無(wú)人機(jī)（大疆）
S1000
含有：DJI S1000八軸航拍機(jī)，DJI A2飛控，DJI iosd視頻疊加，DJI5.8G圖傳, 10寸標(biāo)清 顯示器+HDMI轉(zhuǎn)接線, pl8充電器, 充電保姆，FUTABA 8J遙控器，FUTABA 14SG遙控器，模擬器，2.4G地面站
高空下落緩速系統(tǒng)
DJI DROPSAFE
含降落傘一套，及備用CO2氣瓶一組
采集控制系統(tǒng)
GaiaSky-mini-CP
250G SSD，4G內(nèi)存
電池
6S
16000mAh, 22.2V,355.2Wh
增穩(wěn)云臺(tái)
GaiaSky- gimbal
無(wú)刷云臺(tái)重量,
BGM5208電機(jī)
數(shù)據(jù)采集軟件
specview
光譜相機(jī)控制，數(shù)據(jù)采集，自動(dòng)曝光，自動(dòng)掃描速度，輔助攝像頭功能，支持遠(yuǎn)程遙控，支持巡航+慣導(dǎo)（BGC IG-500N）采集模式，數(shù)據(jù)支持ENVI等第三方分析軟件。數(shù)據(jù)預(yù)處理功能：反射率校正、區(qū)域校正、輻射度校正、光譜及圖像數(shù)據(jù)預(yù)覽功能等（兩年內(nèi)免費(fèi)更新）
選配模塊
高精度組合航姿系統(tǒng)
Ellipse-N INS/Gps
功能：通過(guò)記錄姿態(tài)及位置信息，實(shí)現(xiàn)巡航拍攝模式，
參數(shù)詳見：http://www.sbg-systems.com
無(wú)線數(shù)據(jù)鏈路
GaiaSky-datalink
功能：遠(yuǎn)程控制相機(jī)采集與停止
900MHz，功率1W（*大），傳輸距離*大達(dá)可22kg(戶外/無(wú)線可視距離)
0.5nm
