CN105292508B - 一种基于旋翼无人机的扫描成像系统的成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于旋翼无人机扫描成像系统技术领域，公开了一种基于旋翼无人机的扫描成像系统的成像方法，用于解决现有技术因无人机飞行不平稳而导致图像采集质量差问题。本发明该的基于旋翼无人机的扫描成像系统包括无人机和控制无人机飞行的控制模块，其特征在于，无人机经三轴无刷云平台连接有扫描成像系统；该基于旋翼无人机的扫描成像系统的成像方法为：（1）、通过控制模块将无人机悬停至目标区域；（2）、通过三轴无刷云平台的转动来控制扫描成像系统转动实现对目标区域的扫描或者是通过扫描成像系统本身的转动来实现对目标区域的扫描。

Description

一种基于旋翼无人机的扫描成像系统的成像方法

技术领域

本发明属于旋翼无人机高光谱成像技术领域，具体涉及一种基于旋翼无人机的扫描成像系统及其成像方法。

背景技术

遥感技术的发展经历了全色（黑白）、彩色摄像，多光谱扫描成像阶段之后，在上世纪80年代初期出现的成像光谱技术，使光学遥感进入了一个崭新的阶段—高光谱遥感阶段。所谓的高光谱遥感指的是具有高光谱分辨率的遥感科学和技术，成像光谱技术所使用的成像光谱仪能在电磁波谱的紫外、可见光、近红外和短波红外区域，获取许多非常窄且光谱连续的图像数据。成像光谱仪为每一个像元提供数十至数百个窄波段的光谱信息，由此而组成一条完整而且连续的光谱曲线。成像光谱仪将视场范围内观察的各种地物以完整的光谱曲线记录下来，而对所记录的数据进行分析处理和研究是多学科所要进行的工作。

高光谱成像技术是一门新兴的交叉学科，建立在传感器、计算机等技术的基础上，涉及到电磁波理论、光谱学与色度学、物理/几何光学、电子工程、信息学、地理学、农学、大气科学、海洋学等多门学科。电磁波理论则是遥感技术的物理基础，电磁波与地表物质的相互作用机理、电磁波在不同介质中的传输模型和对其进行接收、分析是综合各门学科和技术的核心所在。针对不同地物的不同光谱特征, 利用高光谱图像可有效地区分和识别地物, 因而被广泛地应用于大气探测、医学诊断、物质分类和目标识别、国土资源、生态、环境监测和城市遥感中。

高光谱技术原理和成像过程：被测物体通过镜头后被光谱相机捕获，得到一个一维的影像以及相应的光谱信息，而当电控移动平带带动样品连续运行时，则能够得到样品目标物的连续的一维影像以及实时的光谱信息，或者是当扫描转镜在转动的时候，同样也能够得到目标物的连续的一维影像。而在此过程中所有的数据会被计算机软件所记录，最终获得一个包含了影像信息和光谱信息的三维数据立方体。通过对数据的分析，可针对目标样品的品质信息进行检测。

成像系统是将成像光谱仪和面阵单色相机完整的结合在一起的系统。成像光谱仪每次成目标上一条线的像，并对进入光谱仪狭缝的入射光进行分光，分光使每个光谱成分对应探测器线阵上的一个像素点。因此，每一幅来自光谱相机的图像结构包括一个维度（空间轴）上的线阵像素和在另一个维度（光谱轴）上的光谱分布（光在光谱元素的强度）。这样，经过准确校准并固定在一起成像光谱仪和面阵单色相机、成像镜头以及平移机构带动样品的运动或者通过扫描转镜的转动则可获取目标物的三维的高光谱数据。

成像光谱仪使用一个新的准直（轴上）光学构造和一个体全息透射光栅。此构造能够提供非常高的衍射效率和很好的线性光谱，而独立的入射光偏振是由于轴上操作引起的几何畸变和透射光学的应用引起的。透射光栅是人造全息在两块玻璃粘板之间的DCG（DiChromated Gelation）上的。DCG有很高的衍射效率、较低的色散、较低的多级衍射和不产生鬼线。

成像过程为：每次成一条线上的像后（X方向），在驱动电机驱动扫描转镜转动的过程中，排列的探测器扫出一条带状轨迹从而完成纵向扫描（Y方向）。综合横纵扫描信息就可以得到样品的三维高光谱图像数据。此数据包含了：影像、辐射与光谱三方面的特征信息。

然而，现有的无人机扫描成像系统，都是利用飞行器（无人机）挂载成像仪设备，将飞行器的飞行动作作为成像仪设备的平移机构，当飞行器（无人机）不能够保证足够的平稳，采集的图像就会发生变形，并且在采集的过程中扫描的速度也非常难以把控，导致图像采集的质量差。

发明内容

本发明为了解决现有技术因无人机飞行不平稳而导致图像采集质量差问题，而提供一种基于旋翼无人机的扫描成像系统及其成像方法，利用无人机作为扫描成像系统的载物台，通过无线传输对飞行器进行远程控制，使无人机飞、停至指定区域，推扫型成像光谱仪进行图像采集，从而提高采集图像的质量。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种基于旋翼无人机的扫描成像系统的成像方法，该基于旋翼无人机的扫描成像系统包括无人机和控制无人机飞行的控制模块，其特征在于，无人机经三轴无刷云平台连接有扫描成像系统；该基于旋翼无人机的扫描成像系统的成像方法为：

（1）、通过控制模块将无人机悬停至目标区域；

（2）、通过三轴无刷云平台的转动来控制扫描成像系统转动实现对目标区域的扫描或者是通过扫描成像系统本身的转动来实现对目标区域的扫描。

所述三轴无刷云平台包括与无人机连接的减震盘，所述减震盘的中心设置有第一电机，所述第一电机的输出轴连接有第一连接杆，所述第一连接杆的下端连接有第二电机，所述第二电机的输出轴连接有第二连接杆，所述第二连接杆的左右两端分别连接有第三支杆和第四支杆，所述第三支杆和第四支杆之间铰接有扫描成像系统。

所述第三支杆连接有第三电机，所述第三电机的输出轴与扫描成像系统的一侧铰接，扫描成像系统的另一侧经销轴与第四支杆连接。

所述第三支杆和第四支杆均连接有第三电机，所述第三电机的输出轴与扫描成像系统连接。

所述扫描成像系统包括外壳、成像镜头、成像光谱仪、探测器和控制器；所述成像镜头固定在外壳上，所述成像光谱仪与探测器相连；所述成像光谱仪经固定转接件连接有二维平移机，所述二维平移机包括扫描平移机构和调焦平移机构。

所述调焦平移机构包括第一调焦电机，第一调焦电机连接有调焦电机座，调节电机座连接有一层底座，所述一层底座通过交叉滚珠导轨连接有二层台面；二层台面的顶部通过交叉滚珠导轨连接有台面；所述第一调焦电机的转动轴通过第一平移驱动轴与二层台面相连接。

所述扫描平移机构包括扫描电机，扫描电机通过扫描电机座固定在二层台面的侧面；扫描电机的转动轴连接有第二平移驱动轴，第二平移驱动轴与台面连接。

所述的扫描成像系统包括外壳、成像镜头、成像光谱仪、探测器和控制器；所述成像镜头固定在外壳上，所述成像光谱仪与探测器相连；所述成像镜头的前方配设有转镜组件，所述转镜组件包括转镜电机、转镜机构、蜗轮蜗杆机构及反射机构，转镜电机通过蜗轮蜗杆机构连接转镜机构；转镜机构包括扫描转镜，反射机构包括反射镜，扫描转镜的转动轴与反射镜平行，反射镜的镜面与成像镜头平面呈45度角；蜗轮蜗杆机构包括蜗轮及蜗杆；蜗杆安装在蜗杆架上，蜗杆上设有螺旋齿；蜗轮通过蜗杆转接轮与螺旋齿相连；转镜电机的轴承连接第一皮带轮；蜗杆通过弹性联轴器连接传动轴，传动轴连接第二皮带轮，第二皮带轮和第一皮带轮通过皮带传动。

所述的反射机构包括装配台、反射镜支架、反射镜框；反射镜框上安装有反射镜，反射镜框通过反射镜支架固定在装配台上；反射镜支架上设置有装配槽，装配槽边缘设置有防滑结构；所述反射镜支架与装配台为活动连接；所述的转镜机构还包括扫描转镜支架、扫描转镜框、上转轴及下转轴；所述扫描转镜安装在扫描转镜框上，所述扫描转镜支架上安装上转轴，所述下转轴连接蜗轮；所述扫描转镜框通过上转轴、下转轴固定在扫描转镜支架与蜗轮之间。

所述成像镜头配设有调焦组件，所述调焦组件包括固定镜头支架、手动调焦旋钮、平移机构和第二调焦电机；成像镜头通过固定镜头支架与平移机构连接；第二调焦电机的轴承通过第一联轴器连接有自动调焦推杆，手动调焦旋钮的转动轴通过第二联轴器连接有手动调焦推杆；第一联轴器和第二联轴器均通过固定件与固定相机底座连接，固定相机底座连接在外壳上。

所述平移机构包括滑块和导轨底座，导轨底座上设置有滑动导轨，所述固定镜头支架与所述滑块固连，所述导轨底座与固定相机底座固连；所述固定件与所述固定镜头支架之间设置有弹簧；所述固定镜头支架的一侧设置有机械限位,所述机械限位设置有第一限位槽和第二限位槽。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的基于无人机的高光谱焦平面扫描成像系统的成像方法，利用无人机作为镜扫描成像系统的载物台，通过无线传输对无人机进行远程控制，使无人机飞、停至指定区域，通过三轴无刷云平台的转动或者扫描成像系统本身的转动来进行图像扫描采集，解决了通过无人机的运动（转动）来调整扫描范围而带来的重心不稳定的问题，从而提高采集图像的质量，同时具有控制简单、方便的特点。

同时，本发明的成像方法通过三轴无刷云平台来对扫描成像系统进行调节，具有调节方便、调节精度高的特点，保证扫描成像系统的图像采集质量。

附图说明

图1是本发明的一实施例的结构示意图；

图2是本发明的三轴无刷云平台的主视图结构示意图；

图3是本发明的三轴无刷云平台的侧视图结构示意图；

图4为本发明的扫描成像系统仪的一实施例结构示意图；

图5为图4去除外壳后的立体图结构示意图；

图6为图4中的二维平移机俯视结构示意图；

图7为图4中的二维平移机主视结构示意图；

图8为图4中的二维平移机后视结构示意图；

图9为图4中的二维平移机右视结构示意图；

图10为本发明的扫描成像系统的另一实施例的结构示意图；

图11为图10中的转镜组件的立体图结构示意图；

图12为图11中的转镜组件中的蜗轮蜗杆机构剖视图示意图；

图13为图10中的扫描成像系统的调焦组件的结构示意图；

图中标记：1、无人机，2、三轴无刷云平台，21、减震盘，22、第一电机，23、第一连接杆，24、第二电机，25、第二连接杆，26、第三支杆，27、第四支杆，3、扫描成像系统，311、成像镜头，312、成像光谱仪，313、探测器，314、二维平移机，3141、扫描平移机构，31411、扫描电机，31412、扫描电机座，31413、第二平移驱动轴，31414、皮带，31415、皮带轮，3142、调焦平移机构，31421、第一调焦电机，31422、调焦电机座，31423、第一平移驱动轴，315、固定转接件，316、控制器，317、一层底座，318、二层台面，319、台面，3110、交叉滚柱导轨，3111、外壳，32、转镜组件，321、转镜电机，322、转镜机构，3221、扫描转镜，3222、扫描转镜支架，3223、扫描转镜框，3224、上转轴，3225、下转轴，323、蜗轮蜗杆机构，3231、蜗轮，3232、蜗杆，3233、蜗杆架，3234、螺旋齿，3235、蜗杆转接轮，324、反射机构，3241、装配台，3242、反射镜支架，3243、装配槽，3244、防滑结构、3245、反射镜框，325、弹性联轴器，3251、传动轴，3252、第二皮带轮，3253、第一皮带轮，33、调焦组件，331、手动调焦旋钮， 332、固定镜头支架，333、滑块，334、导轨底座，335、滑动导轨，336、第一联轴器，337、自动调焦推杆，338、弹簧，339、固定相机底座、3310、转动轴，3311、第二联轴器，3312、固定件，3313、第一限位槽，3314、手动调焦推杆，3315、机械限位，3316、第二限位槽。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本发明的保护范围。

结合附图1至3，本发明的基于旋翼无人机的扫描成像系统的成像方法，该基于旋翼无人机的扫描成像系统包括无人机1和控制无人机飞行的控制模块，其中无人机1以及控制无人机飞行的控制模块均属于现有技术产品，本领域的技术人员都明白和理解，在此不再赘述；无人机1经三轴无刷云平台2连接有扫描成像系统3，扫描成像系统3经三轴无刷云平台2连接在无人机1的底部；该基于旋翼无人机的扫描成像系统的成像方法为：

（1）、通过控制模块将无人机1悬停至目标区域；

（2）、通过三轴无刷云平台2的转动来控制扫描成像系统3转动实现对目标区域的扫描或者是通过扫描成像系统3本身的转动来实现对目标区域的扫描。

本发明的三轴无刷云平台包括与无人机1连接的减震盘21，所述减震盘21的中心设置有第一电机22，所述第一电机22的输出轴连接有第一连接杆23，所述第一连接杆23的下端连接有第二电机24，所述第二电机24的输出轴连接有第二连接杆25，所述第二连接杆25的左右两端分别连接有第三支杆26和第四支杆27，所述第三支杆26和第四支杆27之间铰接有扫描成像系统3。其中第一电机22带动整个三轴无刷云平台（包括第一连杆23、第二连杆25、第二电机24、第三支杆26、第四支杆27以及连接在第三支杆26和第四支杆17之间的扫描成像系统3）进行360度旋转进行角度调节；第二电机24带动扫描成像系统进行旋转；本发明无人机至指定目标区域后悬停，通过三轴无刷云平台的位置转动，从而实现对扫描成像系统3的转动，便于对成像系统的重心进行高精度调节，保证成像系统在扫描过程中的稳定性，从而保证图像不发生畸变；提高成像的质量，无须对图像进行修正，大大提高了图像的采集效率和精准性。

作为本发明一种优选的方式，所述第三支杆26连接有第三电机，所述第三电机的输出轴与扫描成像系统3的一侧连接；扫描成像系统3的另一侧经销轴与第四支杆27连接。或者是第四支杆27连接第三电机，第三电机的输出轴与扫描成像系统3的一侧连接，扫描成像系统3的另一侧与第三支杆26连接；或者是所述第三支杆26和第四支杆27均连接有第三电机，所述第三电机的输出轴与扫描成像系统3连接。其中，第一电机22、第二电机24以及第三电机均属于现有技术产品，本领域的技术人员都明白和理解，在此不再赘述。

本发明通过三个电机（第一电机、第二电机和第三电机）对扫描成像系统进行3个方位（X、Y、Z）的调节，保证满足扫描成像系统的扫描调节需求，提高本发明的实用性。

其中， 第一电机、第二电机和第三电机配设有用于控制第一电机、第二电机和第三电机工作的控制装置，控制装置属于现有技术，本领域的技术人员都能明白和理解，在此不再赘述。

结合附图4至附图9，作为本发明一种选择的方式，本发明的扫描成像系统3包括外壳3111、成像镜头311、成像光谱仪312及探测器313；所述成像镜头311固定在外壳3111上，所述成像光谱仪312与探测器313相连，且为固定连接，所述的推扫型成像光谱仪还包括控制器316；所述的成像光谱仪312连接二维平移机314，所述二维平移机314包括扫描平移机构3141和调焦平移机构3142；控制器316与二维平移机314为电连接，控制器316可以控制二维平移机314在沿光轴的方向和垂直于光轴的方向进行移动，探测器313为光谱单色相机，所述的光轴为光谱单色相机光轴。

扫描平移机构3141和调焦平移机构3142组合成一个二维平移机314，这样减轻了整机体积、重量和能耗，将二维平移机314设置于外壳311的内部，可以直接进行垂直向下测量，利于野外使用，且本实施例结构简单、便于加工、具有很好的抗冲击力，既能节约人力物力，也能保证本实施例的使用寿命，节约了成本。

成像光谱仪312是通过固定转接件315连接二维平移机314，所述固定转接件315为一体化结构。该结构牢固，稳定性较好，且便于制造，它避免了在调焦过程中由于连接件内部的结构缝隙造成的位移偏差，有助于提高调焦的精准性。

调焦平移机构3142包括第一调焦电机31421，第一调焦电机31421连接有调焦电机座31422，调焦电机座31422与一层底座317相连接，所述一层底座317通过交叉滚珠导轨3110连接二层台面318的底部，所述二层台面318的顶部通过交叉滚珠导轨3110连接有台面319；所述第一调焦电机31421通过第一平移驱动轴31423与二层台面318相连接；所述扫描平移机构3141包括扫描电机31411，扫描电机31411通过扫描电机座31412固定在二层台面318的侧面；所述扫描电机31411连接第二平移驱动轴31413，第二平移驱动轴31413连接台面319；扫描电机31411的转动轴与第二平移驱动轴31413通过皮带31414和皮带轮31415传动。固定转接件315与二维平移机314的台面319相连接。

控制器316控制扫描电机31411运作，扫描电机31411的转动轴通过皮带31414和皮带轮31415带动第二平移轴31413运动，第二平移轴31413为丝杆丝母平移轴，它将扫描电机31411的转动轴的回转运动转化为台面319的直线运动，台面319通过固定转接件315带动成像光谱仪312移动至指定位置，从而确定探测器313需要的曝光时间。控制器316控制调焦电机31421运作，第一调焦电机31421的转动轴连接第一平移驱动轴31423，第一平移驱动轴31423丝杆丝母平移轴，它将第一调焦电机31421的转动轴的回转运动转化为二层台面318的直线运动，从而完成调焦程序。

一层底座317、二层台面318和台面319之间通过交叉滚珠导轨3110连接，减小了各部件间相对运动的摩擦力，从而减小了机械能耗，而且交叉滚珠导轨3110承载能力大，加快了各部件的运动速度，提高了本发明的灵活性，延长了使用寿命；扫描电机31411与第二平移驱动轴31413通过皮带31414和皮带轮31415传动，避免了全是硬链接带来的振动的问题，提高了光谱仪性能。

对于该扫描成像系统的调焦方法，在此进行简单说明：

首先，控制器控制扫描电机运作，扫描电机通过转接件驱动成像模块（成像模块包括成像光谱仪和探测器）沿垂直于光轴的方向运动至设置好的位置，从而确定探测器需要的曝光时间；

其次，进行自动调焦；

所述自动调焦的步骤为：

S1、控制器控制扫描电机运作，扫描电机通过转接件驱动成像模块沿垂直于光轴的方向运动至设置好的位置，进行调焦；

S2、所述控制器控制第一调焦电机运作，所述第一调焦电机通过转接件驱动成像模块从起始位置出发，沿着光轴的方向朝镜头移动，以一个较大的步长走遍设计的全行程，得到对焦评价函数的最大值和其成像模块的位置；

S3、第一调焦电机通过转接件驱动成像模块往回运动，回到S2中对焦评价函数最大位置的前一站，以此作为新的出发点，减少第一调焦电机的步长，再由第一调焦电机通过转接件驱动成像模块从新的出发点出发，沿着光轴的方向朝镜头移动至S2中对焦评价函数最大值位置的下一站，得到新的对焦评价函数的最大值和其成像模块的位置，如此反复搜索，直到驱动电机的步长减小到设定数值，完成搜索，确定焦点。

对于扫描成像系统的控制，本领域的技术人员都能明白和理解，在此不再赘述。

结合附图10至13，扫描成像系统3包括外壳、成像镜头311、成像光谱仪312、探测器313和控制器316；所述成像镜头311固定在外壳上，所述成像光谱仪312与探测器313相连；所述成像镜头311的前方配设有转镜组件32，所述转镜组件32包括转镜电机321、转镜机构322、蜗轮蜗杆机构323及反射机构324，转镜电机321通过蜗轮蜗杆机构323连接转镜机构322；转镜机构322包括扫描转镜3221，反射机构324包括反射镜，扫描转镜3221的转动轴与反射镜平行，反射镜的镜面与成像镜头311的平面呈45度角；蜗轮蜗杆机构323包括蜗轮3231及蜗杆3232；蜗杆3232安装在蜗杆架3233上，蜗杆3232上设有螺旋齿3234；蜗轮3231通过蜗杆转接轮3235与螺旋齿3234相连；转镜电机321的轴承连接第一皮带轮3253；蜗杆3232通过弹性联轴器325连接传动轴3251，传动轴3251连接第二皮带轮3252，第二皮带轮3252和第一皮带轮3253通过皮带31414传动。

所述的反射机构324包括装配台3241、反射镜支架3242、反射镜框3245；反射镜框3245上安装有反射镜，反射镜框3245通过反射镜支架3242固定在装配台3241上；反射镜支架3242上设置有装配槽3243，装配槽3243边缘设置有防滑结构3244；所述反射镜支架3242与装配台3241为活动连接；所述的转镜机构322还包括扫描转镜支架3222、扫描转镜框3223、上转轴3224及下转轴3225；所述扫描转镜3221安装在扫描转镜框3223上，所述扫描转镜支架3222上安装上转轴3224，所述下转轴3225连接蜗轮3231；所述扫描转镜框3223通过上转轴3224、下转轴3225固定在扫描转镜支架3222与蜗轮3231之间。

本发明的转镜组件具有结构简单，便于加工，且各部件之间的连接与固定均为金属材料完成，具有很好的抗冲击力，延长了转镜组件的使用寿命，节省了人力物力，且扫描转镜围绕转动轴可以360度旋转，这样最大程度的增加了摆扫型光谱仪的视场，有利于摆扫型光谱仪对拍摄对象的捕捉。

本发明的转镜组件的蜗轮蜗杆机构结构紧凑，两轮啮合齿面间为线接触，可以得到很大的传动比，而且由于是多齿啮合传动，故传动平稳、噪音小；第一皮带轮通过皮带驱动第二皮带轮转转动，避免了全是硬链接带来的振动等问题，从而提高了转镜组件各部件配合的精密度，提高了摆扫型光谱仪捕捉扫描对象的准确性；同时弹性联轴器为一体成型的金属弹性体，它具有高扭矩刚性和卓越的灵敏度，顺时针和逆时针回转特性完全相同，提高了转镜组件的灵敏度和实用性。

本发明的成像镜头311配设有调焦组件，所述调焦组件包括固定镜头支架332、手动调焦旋钮331、平移机构和第二调焦电机；成像镜头311通过固定镜头支架332与平移机构连接；第二调焦电机的轴承通过第一联轴器336连接有自动调焦推杆337，手动调焦旋钮331的转动轴3310通过第二联轴器3311连接有手动调焦推杆3314；第一联轴器336和第二联轴器3311均通过固定件3312与固定相机底座339连接，固定相机底座339连接在外壳上。

所述平移机构包括滑块33和导轨底座334，导轨底座334上设置有滑动导轨335，所述固定镜头支架332与所述滑块333固连，所述导轨底座334与固定相机底座339固连；所述固定件3312与所述固定镜头支架332之间设置有弹簧338；所述固定镜头支架332的一侧设置有机械限位,所述机械限位设置有第一限位槽3313和第二限位槽3316。

本发明的调焦组件具有简单，轻便，抗击力强的特点，弹簧与手动调焦推杆/手动调焦推杆的相互作用能够保证焦距位置调整后的稳定，提高成像系统的空间分辨率和光谱分辨率；不仅能够能通过调焦电机快速的完成自动调焦和自动曝光等功能，还能通过手动的方式来自行进行调整，使用方便，可以满足多种实际需要。

结合图10至图13，本发明的扫描成像系统的调焦方法为：

首先，控制器控制扫描电机运作，扫描电机驱动扫描转镜旋转，当目标物的信号正好能够被摆扫型光谱仪采集到时，扫描电机停止运作，扫描转镜停止旋转；

其次，进行调焦；

当需要自动调焦时，可按照以下步骤进行调焦：

S1、控制器控制第二调焦电机运作，第二调焦电机通过转接件驱动成像镜头从起始位置出发，沿着光轴的方向朝成像模块（成像光谱仪和探测器）移动，以一个较大的步长走遍设计的全程，得到对焦评价函数的最大值及其成像镜头的位置；

S2、第二调焦电机通过转接件驱动成像镜头往回运动，回到S1中对焦评价函数最大位置的前一站，以此作为新的出发点，减少调焦电机的步长，再由第二调焦电机通过转接件驱动成像镜头从新的出发点出发，沿着光轴的方向朝成像模块移动至S1中对焦评价函数最大值位置的下一站，得到新的对焦评价函数的最大值和其成像镜头的位置，如此反复搜索，直到调焦电机的步长减小到设定数值，完成搜索，确定焦点，完成自动调焦；

当需要手动调焦时，手动驱动手动调焦旋钮，手动调焦旋钮通过转接件驱动成像镜头从起始位置出发，沿着光轴的方向朝成像模块移动，直至停止在所述对焦评价函数最大值所对应的位置，完成手动调焦。

本发明能够快速准确的确定焦点，使成像模块处于理想的焦点状态，所捕捉的图像表现清晰，图像的细节丰富，提高了系统的空间分辨率和光谱分辨率；同时也避免了调焦时间过长的问题，保证了摆扫式成像光谱仪对拍摄对象捕捉的准确性。

本发明调焦机构单独通过一个驱动电机来完成的，而转镜扫描机构又是通过另外一个驱动电机来实现的，这样的话可以根据实际需求，进行多样式的操作选择。

本发明不仅设置有自动调焦结构还设置有手动调焦结构，除了能快速的通过软件控制完成自动调焦和自动曝光等功能外，还能通过手动的方式来自行进行调整，提高了摆扫型成像光谱仪的功能性和实用性，可以根据实际需求，进行多样式的操作选择。

Claims (3)

1.一种基于旋翼无人机的扫描成像系统的成像方法，该基于旋翼无人机的扫描成像系统包括无人机和控制无人机飞行的控制模块，其特征在于，无人机经三轴无刷云平台连接有扫描成像系统；该基于旋翼无人机的扫描成像系统的成像方法为：

（1）、通过控制模块将无人机悬停至目标区域；

（2）、通过三轴无刷云平台的转动来控制扫描成像系统转动实现对目标区域的扫描或者是通过扫描成像系统本身的转动来实现对目标区域的扫描；

所述扫描成像系统包括外壳、成像镜头、成像光谱仪、探测器和控制器；所述成像镜头固定在外壳上，所述成像光谱仪与探测器相连；所述成像光谱仪经固定转接件连接有二维平移机，所述二维平移机包括扫描平移机构和调焦平移机构；所述调焦平移机构包括第一调焦电机，第一调焦电机连接有调焦电机座，调焦电机座连接有一层底座，所述一层底座通过交叉滚珠导轨连接有二层台面；二层台面的顶部通过交叉滚珠导轨连接有台面；所述第一调焦电机的转动轴通过第一平移驱动轴与二层台面相连接；所述扫描平移机构包括扫描电机，扫描电机通过扫描电机座固定在二层台面的侧面；扫描电机的转动轴连接有第二平移驱动轴，第二平移驱动轴与台面连接；

所述成像镜头的前方配设有转镜组件，所述转镜组件包括转镜电机、转镜机构、蜗轮蜗杆机构及反射机构，转镜电机通过蜗轮蜗杆机构连接转镜机构；转镜机构包括扫描转镜，反射机构包括反射镜，扫描转镜的转动轴与反射镜平行，反射镜的镜面与成像镜头平面呈45度角；蜗轮蜗杆机构包括蜗轮及蜗杆；蜗杆安装在蜗杆架上，蜗杆上设有螺旋齿；蜗轮通过蜗杆转接轮与螺旋齿相连；转镜电机的轴承连接第一皮带轮；蜗杆通过弹性联轴器连接传动轴，传动轴连接第二皮带轮，第二皮带轮和第一皮带轮通过皮带传动；所述的反射机构包括装配台、反射镜支架、反射镜框；反射镜框上安装有反射镜，反射镜框通过反射镜支架固定在装配台上；反射镜支架上设置有装配槽，装配槽边缘设置有防滑结构；所述反射镜支架与装配台为活动连接；所述的转镜机构还包括扫描转镜支架、扫描转镜框、上转轴及下转轴；所述扫描转镜安装在扫描转镜框上，所述扫描转镜支架上安装上转轴，所述下转轴连接蜗轮；所述扫描转镜框通过上转轴、下转轴固定在扫描转镜支架与蜗轮之间；所述成像镜头配设有调焦组件，所述调焦组件包括固定镜头支架、手动调焦旋钮、平移机构和第二调焦电机；成像镜头通过固定镜头支架与平移机构连接；第二调焦电机的轴承通过第一联轴器连接有自动调焦推杆，手动调焦旋钮的转动轴通过第二联轴器连接有手动调焦推杆；第一联轴器和第二联轴器均通过固定件与固定相机底座连接，固定相机底座连接在外壳上；所述平移机构包括滑块和导轨底座，导轨底座上设置有滑动导轨，所述固定镜头支架与所述滑块固连，所述导轨底座与固定相机底座固连；所述固定件与所述固定镜头支架之间设置有弹簧；所述固定镜头支架的一侧设置有机械限位,所述机械限位设置有第一限位槽和第二限位槽。

2.根据权利要求1所述的基于旋翼无人机的扫描成像系统的成像方法，其特征在于，所述三轴无刷云平台包括与无人机连接的减震盘，所述减震盘的中心设置有第一电机，所述第一电机的输出轴连接有第一连接杆，所述第一连接杆的下端连接有第二电机，所述第二电机的输出轴连接有第二连接杆，所述第二连接杆的左右两端分别连接有第三支杆和第四支杆，所述第三支杆和第四支杆之间铰接有扫描成像系统。

3.根据权利要求2所述的基于旋翼无人机的扫描成像系统的成像方法，其特征在于，所述第三支杆连接有第三电机，所述第三电机的输出轴与扫描成像系统的一侧铰接，扫描成像系统的另一侧经销轴与第四支杆连接。