CN106998416A - 图像拍摄设备及图像处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种图像拍摄设备及图像处理系统，属于遥感技术领域。该设备包括：镜头、图像传感器及拍摄控制单元；镜头与图像传感器位于一条直线上，图像传感器的镀膜通道数量为至少4个；图像传感器用于通过镀膜通道对拍摄目标不同波段的反射光信号进行响应，将反射光信号转换为电信号；拍摄控制单元用于根据图像传感器转换的电信号，得到相应的多通道高光谱图像数据。本发明通过在图像传感器上镀膜，从而让图像传感器通过不同的镀膜通道，对拍摄目标不同波段的反射光信号进行响应，以拍摄得到多通道的高光谱图像。另外，由于不用额外增加其它的高光谱部件，从而减小了图像拍摄设备的体积和重量，使得设备结构紧凑，以便于携带。

Description

图像拍摄设备及图像处理系统
技术领域
本发明涉及遥感技术领域，更具体地，涉及一种图像拍摄设备及图像处理系统。
背景技术
如今在农林业领域中，往往需要通过便携式拍摄设备来拍摄农作物及种植物，从而根据拍摄得到的图像，对农作物及种植物进行定量遥感反演，以获知农作物及种植物的生长状况等信息。其中，定量遥感反演主要是利用地面观测、航空、空间遥感平台与多种载荷探测器协同观测的数据，如多通道高光谱图像，经过物理模型，统计模型或模型耦合，对观测对象或现象的特征、关系与变化的数量化处理与呈现。例如，可通过拍摄农作物及种植物的多通道高光谱图像，根据图像进行模型耦合或分析，从而获取农作物及种植物的长势或病虫害等信息。现有的图像拍摄设备通常是普通相机，拍摄的图像为RGB彩色图像。其中，RGB彩色图像为在光谱维度上划分三个波段时所对应的图像，即三个通道的图像。由于RGB彩色图像仅为三个通道的图像，通道波长位置不能准确反映植被特征谱段且通道带宽较大，其所能表征的信息较少，从而基于三个波段的光谱图像，无法对农作物及种植物进行定量遥感反演。因此，现急需一种便携式的图像拍摄设备以获取窄带宽的多通道高光谱图像。
发明内容
本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的图像拍摄设备及图像处理系统。
根据本发明的一个方面，提供了一种图像拍摄设备，该设备包括：镜头、图像传感器及拍摄控制单元；
所述镜头与所述图像传感器位于一条直线上，所述图像传感器的镀膜通道数量为至少4个，每一镀膜通道对应一个波段的反射光信号；所述图像传感器用于通过镀膜通道对拍摄目标不同波段的反射光信号进行响应，将反射光信号转换为电信号；
所述拍摄控制单元用于根据所述图像传感器转换的电信号，得到相应的多通道高光谱图像数据。
根据本发明的另一个方面，提供了一种图像处理系统，该系统包括：图像拍摄设备、移动智能终端及云端服务器；
所述图像拍摄设备用于拍摄得到多通道高光谱图像数据，并将所述多通道高光谱图像数据发送至所述移动智能终端；
所述移动智能终端用于接收所述多通道高光谱图像数据，并将所述多通道高光谱图像数据转发至所述云端服务器；
所述云端服务器用于对所述多通道高光谱图像数据进行定量遥感反演，并将反演结果反馈至所述移动智能终端显示。
本申请提出的技术方案带来的有益效果是：
通过在图像传感器上镀膜，从而让图像传感器通过不同的镀膜通道，对拍摄目标不同波段的反射光信号进行响应，以拍摄得到多通道的高光谱图像。另外，由于是通过在图像传感器上镀膜的方式来实现拍摄多通道的高光谱图像，而不用额外增加其它的高光谱部件，从而减小了图像拍摄设备的体积和重量，使得设备结构紧凑，以便于携带。
附图说明
图1为本发明实施例的一种图像拍摄设备的结构示意图；
图2为本发明实施例的一种图像拍摄设备的结构示意图；
图3为本发明实施例的一种图像拍摄设备的结构示意图；
图4为本发明实施例的一种图像拍摄设备的结构示意图；
图5为本发明实施例的一种图像处理系统的结构示意图；
图6为本发明实施例的一种图像传感器的镀膜示意图；
图7为本发明实施例的一种图像传感器的镀膜示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在农林业领域中，通常需要便携式拍摄设备来拍摄农作物及种植物，从而根据拍摄得到的图像，对农作物及种植物进行定量遥感反演，以获知农作物及种植物的生长状况等信息。现有的便携式拍摄设备通常为普通相机，只能拍摄得到RGB彩色图像。其中，RGB彩色图像主要是指在光谱维度上，按照波长将光谱划分为三个波段时所对应的图像。由于RGB彩色图像所能表征的信息较少，即只能表征三个波段上的通道值，而农作物及种植物的许多特征信息需要特征性波段才可以观测到，从而基于RGB彩色图像，无法对农作物及种植物进行定量遥感反演。因此，现需要一种便携式的图像拍摄设备来获取窄带宽的多通道高光谱图像。
针对上述问题，本发明实施例提供了一种图像拍摄设备。参见图1，该设备包括：镜头101、图像传感器102及拍摄控制单元103；
所述镜头101与所述图像传感器102位于一条直线上，所述图像传感器102的镀膜通道数量为至少4个，每一镀膜通道对应一个波段的反射光信号；所述图像传感器102用于通过镀膜通道对拍摄目标不同波段的反射光信号进行响应，将反射光信号转换为电信号；
所述拍摄控制单元103用于根据所述图像传感器102转换的电信号，得到相应的多通道高光谱图像数据。
其中，传统双通道(黑白)图像或者三通道(RGB)图像在光谱维度上划分比较粗略，而多通道高光谱图像指的是在光谱维度上进行了细致的分割，在光谱维度上具有N个通道图像。例如，可把400nm-1000nm分为300个通道，这样相应拍摄得到的图像即为多通道高光谱图像。由上述内容可知，通过高光谱的图像拍摄设备获取到的是一个数据立方，不仅有图像的信息，并且还可在光谱维度上进行展开，从而不仅可获得图像上每个点的光谱数据，还可获得任一波段的影像信息。
本发明实施例提供的设备，通过在图像传感器102上镀膜，从而让图像传感器102通过不同的镀膜通道，对拍摄目标不同波段的反射光信号进行响应，以拍摄得到多通道的高光谱图像。另外，由于是通过在图像传感器102上镀膜的方式来实现拍摄多通道的高光谱图像，而不用额外增加其它的高光谱部件，从而减小了图像拍摄设备的体积和重量，使得设备结构紧凑，以便于携带。
由于镀膜通道的镀膜带宽影响着不同波段光波的透过率，结合对农作物及种植物进行定量遥感反演时实际所需的特性光谱，作为一种可选实施例，可将每一镀膜通道的镀膜带宽设置在5nm至20nm不等。当然，实际实施中图像传感器的镀膜通道数量可以为不小于4的任意数量，每一镀膜通道的镀膜带宽可根据实际需求自行设置，本实施例对此不作具体限定。
由于图像传感器102主要是将光学信号转化为电子信号，从而基于实际需求及图像传感器102对不同光波的敏感特性，图像传感器102会存在相应的光谱响应范围。作为一种可选实施例，图像传感器102的光谱响应范围为350nm至1000nm。另外，图像传感器102可以为CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)图像传感器，也可以为CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)图像传感器，本实施例对此不作具体限定。
考虑到还需要调整镜头的光圈值，作为一种可选实施例，参见图2，该设备还包括：镜头驱动单元104及镜头驱动控制单元105；镜头驱动单元104用于产生控制电流，并通过控制电流调整所述镜头101的光圈值；所述镜头驱动控制单元105用于调整所述镜头驱动单元104所产生的控制电流。
考虑到图像拍摄设备在拍摄多通道高光谱图像时，可能需要获取拍摄相关的控制指令，从而作为一种可选实施例，参见图3，该设备还包括信号传输单元106；信号传输单元106用于接收用户的控制指令，并将控制指令传输至拍摄控制单元103。
另外，通过信号传输单元106，图像拍摄设备还可将拍摄得到的多通道高光谱数据传输至外接设备，以做进一步地处理，本实施例对此不作具体限定。其中，信号传输单元106可以为无线通信模块，如WIFI模块等，本实施例对此不作具体限定。
作为一种可选实施例，镜头101为可调节焦距镜头。
考虑到图像拍摄设备需要易于便携，而便携设备通常需要移动供电，从而作为一种可选实施例，参见图4，该设备还包括电池模块107。其中，电池模块107可位于图像拍摄设备的底部，本实施例对此不作具体限定。
为了便于理解，现对图4对应的图像拍摄设备的工作流程进行说明：拍摄目标的反射光信号先经由镜头101进入图像拍摄设备。其中，镜头101的工作过程可由镜头驱动单元104及镜头驱动控制单元105控制。
接着，进入图像拍摄设备的反射光信号会投射到经过镀膜的图像传感器102上，图像传感器102通过不同的镀膜通道对不同波段的反射光信号进行响应，并在图像传感器102上进行光电转换。其中，在进行光电转换之前，信号传输单元106可接收用户的控制指令，并将控制指令传输至拍摄控制单元103。拍摄控制单元103可基于控制指令，向镜头101、图像传感器102、镜头驱动单元104及镜头驱动控制单元105中至少一个组件发送相关的操控指令，使得图像拍摄设备完成拍摄操作。另外，拍摄控制单元103可根据所述图像传感器102转换的电信号进行处理，得到相应的多通道高光谱图像数据。
需要说明的是，图像拍摄设备中各个组件均可由电池模块107提供电力支持。
上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本发明的可选实施例，在此不再一一赘述。
考虑到实际运用上述实施例所提供的图像拍摄设备在拍摄多通道高光谱图像时，可能需要实时获取图像对应的定量遥感反演结果。例如，农林业研究人员在通过上述实施例所提供的图像拍摄设备，拍摄到农作物及种植物的多通道高光谱图像之后，可能需要实时获知作物长势或病虫害等信息。因此，基于上述任一实施例提供的图像拍摄设备，本发明还提供了一种图像处理系统。参见图5，该系统包括：图像拍摄设备501、移动智能终端502及云端服务器503；
所述图像拍摄设备501用于拍摄得到多通道高光谱图像数据，并将所述多通道高光谱图像数据发送至所述移动智能终端502；
所述移动智能终端502用于接收所述多通道高光谱图像数据，并将所述多通道高光谱图像数据转发至所述云端服务器503；
所述云端服务器503用于对所述多通道高光谱图像数据进行定量遥感反演，并将反演结果反馈至所述移动智能终端502显示。
现结合实际实施场景，对本实施例提供系统的工作流程进行说明：图像拍摄设备501中的无线通信模块可与移动智能终端502的内置无线通信模块连接，从而移动智能终端502可接收图像拍摄设备501发送的多通道高光谱图像数据。
移动智能终端502将多通道高光谱图像数据转发至云端服务器503，云端服务器503对多通道高光谱图像数据进行定量遥感反演，并将反演结果反馈至所述移动智能终端502，从而移动智能终端502可向用户展示云端服务器503返回的反演结果。
本发明实施例提供的系统，通过图像拍摄设备501将拍摄得到的多通道高光谱图像数据发送至移动智能终端502，移动智能终端502将多通道高光谱图像数据转发至云端服务器503，云端服务器503对多通道高光谱图像数据进行定量遥感反演，并将反演结果反馈至移动智能终端502显示，从而用户在拍摄得到多通道高光谱图像的同时，通过移动智能终端502可及时获取图像对应的处理结果。另外，由于采用了云技术，从而可实现图像数据的快速计算、存储、处理及共享。
考虑到图像拍摄设备501拍摄得到的多通道高光谱图像中，一些波段对应的图像对于某一方向的定量遥感探测是无用的。例如，当需要检测农作物及种植物的病虫害情况时，可能只需要其中两个波段对应的图像。因此，可对图像拍摄设备501拍摄得到的多通道高光谱图像进行筛选，本实施例对此不作具体限定。相应地，作为一种可选实施例，移动智能终端502还可根据预选波段对所述多通道高光谱图像数据进行重建，并将重建后的多通道高光谱图像数据转发至所述云端服务器503。其中，上述功能可通过移动智能终端502上安装的APP实现，本实施例对此不作具体限定。APP的功能可包括读取图像拍摄设备501拍摄得到的图像、智能挑选几个波段对应的图像、重建多通道高光谱图像、向云端上传数据及下载数据等。
作为一种可选实施例，移动智能终端502为智能手机或平板电脑。
另外，在上述实施例中，图像拍摄设备中图像传感器的镀膜方式可参考图6及图7。在图6及图7中，不同颜色的方块对应不同的镀膜通道。
上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本发明的可选实施例，在此不再一一赘述。
最后，本申请的设备仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种图像拍摄设备，其特征在于，所述设备包括：镜头、图像传感器及拍摄控制单元；
所述镜头与所述图像传感器位于一条直线上，所述图像传感器的镀膜通道数量为至少4个，每一镀膜通道对应一个波段的反射光信号；所述图像传感器用于通过镀膜通道对拍摄目标不同波段的反射光信号进行响应，将反射光信号转换为电信号；
所述拍摄控制单元用于根据所述图像传感器转换的电信号，得到相应的多通道高光谱图像数据。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述图像传感器的每一镀膜通道的镀膜带宽为5nm至20nm。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述图像传感器的光谱响应范围为350nm至1000nm，所述图像传感器为CMOS图像传感器或CCD图像传感器。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括：镜头驱动单元及镜头驱动控制单元；
所述镜头驱动单元用于产生控制电流，并通过所述控制电流调整所述镜头的光圈值；所述镜头驱动控制单元用于调整所述镜头驱动单元所产生的控制电流。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括信号传输单元；所述信号传输单元用于接收用户的控制指令，并将所述控制指令传输至所述拍摄控制单元。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述镜头为可调节焦距镜头。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括电池模块，所述电池模块位于底部。
8.一种图像处理系统，其特征在于，所述系统包括：权利要求1至7中任一权利要求所述的图像拍摄设备、移动智能终端及云端服务器；
所述图像拍摄设备用于拍摄得到多通道高光谱图像数据，并将所述多通道高光谱图像数据发送至所述移动智能终端；
所述移动智能终端用于接收所述多通道高光谱图像数据，并将所述多通道高光谱图像数据转发至所述云端服务器；
所述云端服务器用于对所述多通道高光谱图像数据进行定量遥感反演，并将反演结果反馈至所述移动智能终端显示。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述移动智能终端用于根据预选波段对所述多通道高光谱图像数据进行重建，并将重建后的多通道高光谱图像数据转发至所述云端服务器。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述移动智能终端为智能手机或平板电脑。
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