CN110057451A - 多光谱数据采集系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多光谱数据采集系统及方法，涉及农业信息技术领域。该系统包括：多光谱相机、搭载设备、光照检测设备、终端；其中：所述多光谱相机与所述搭载设备可拆卸连接，并与所述搭载设备通信连接；所述光照检测设备固定装置在所述搭载设备上，并与所述多光谱相机通信连接；所述终端与所述多光谱相机无线通信连接。相对于现有技术，可以同时满足精准定位、图像识别和实施校准拍摄参数。可以提供一款多光谱数据采集系统，可以同时满足精准定位、图像识别和实施校准拍摄参数。

Description

多光谱数据采集系统及方法

技术领域

本发明涉及农业信息技术领域，具体而言，涉及一种多光谱数据采集系统及方法。

背景技术

随着农业信息的发展，现代农业越来越追求高产、优质和高效，农业设备作为农业生产的关键性载物，其作用更加重要，利用农业设备作为农作物相关数据的获取平台，是农业信息化发展的必由之路。

其中，依靠多光谱相机成像是实现精准农业的有效途径之一，通过多光谱相机成像，可以有效地识别作物上是否存在有害生物、疾病或杂草；计算并确定作物数量或种植间距，预估作物产量。

但是目前还没有一款依靠多光谱相机成像的设备，可以同时满足精准定位、图像识别和实施校准拍摄参数等功能。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种多光谱数据采集系统及方法，以提供一款依靠多光谱相机成像的设备，可以同时满足精准定位、图像识别和实施校准拍摄参数等功能。

为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种多光谱数据采集系统，包括：多光谱相机、搭载设备、光照检测设备、终端，其中：

所述多光谱相机与所述搭载设备可拆卸连接，并与所述搭载设备通信连接；

所述光照检测设备固定在所述搭载设备上，并与所述多光谱相机通信连接；

所述终端与所述多光谱相机无线通信连接。

进一步地，所述光照检测设备包括多个光照传感器、定位装置和陀螺仪。

进一步地，所述搭载设备包括下述任一项：飞行设备、云台、可拆卸连接有所述云台的所述飞行设备；

其中，所述云台用于固定所述多光谱相机；

所述云台上设有与所述多光谱相机通信连接的接口。

进一步地，所述通信连接包括有线连接或无线连接；

其中，无线连接包括：无线宽带wi-fi连接或蓝牙连接。

第二方面，本发明另一实施例提供了一种多光谱数据采集方法，所述方法应用于上述第一方面的系统，所述方法包括：

多光谱相机接收终端生成的航行路径，并将所述航行路径传输至搭载设备；

所述搭载设备根据航行路线搭载所述多光谱相机航行，所述多光谱相机在航行过程中拍摄图像；

所述多光谱相机将拍摄的所述图像发送至终端，所述终端对接收到的所述图像进行图像处理。

进一步地，所述多光谱相机在航行过程中拍摄图像之前，还包括：

拍摄校准照片，其中，校准照片为所述多光谱相机平行对准反射板拍摄的照片；

根据所述校准照片的亮度值对所述多光谱相机的拍摄参数进行初始校准。进一步地，所述多光谱相机在航行过程中拍摄图像，包括：

光照传感器实时采集当前的光照强度并向所述多光谱相机发送所述当前的光照强度；

所述多光谱相机根据所述当前的光照强度调整拍摄参数，获取调整后的拍摄参数；

所述多光谱相机在航行过程中采用所述调整后的拍摄参数拍摄图像。

进一步地，所述拍摄参数包括下述一项或多项：感光度、曝光时间、光圈参数。

进一步地，所述图像处理包括下述一项或多项：光谱图像拆分、图像拼接、指数图、针对指数图生成的相应区域进行处理。

本发明的有益效果是：可以提供一款依靠多光谱相机成像设备，同时满足精准定位、图像识别和实施校准拍摄参数。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请一实施例提供的多光谱数据采集系统的结构示意图；

图2为本申请另一实施例提供的多光谱数据采集系统的结构示意图；

图3为本申请一实施例提供的多光谱数据采集方法的流程示意图；

图4为本申请另一实施例提供的多光谱数据采集方法的流程示意图；

图5为本申请一实施例提供的多光谱数据采集装置的结构示意图。

图标：100-多光谱数据采集系统；110-多光谱相机；120-搭载设备；121-飞行设备；122-云台；130-光照检测设备；131-光照传感器；132-定位装置；133-陀螺仪；140-终端。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

本申请实施例提供一种多光谱数据采集系统和方法，应用于精准农业、林业，通过使用多光谱相机等光谱成像设备对测量区域进行照片拍摄，得到该区域的多光谱图像(红光、绿光、蓝光、红边光以及近红外光等)，再将拍摄的图像经过专业软件分析处理，制作得到NDVI、NDRE等能够反应植被生长状况的信息图，根据信息图便可得知不同区域块的土壤参数，从而制定施肥、除虫、浇水等计划。

图1为本申请一实施例提供的一种多光谱数据采集系统的流程示意图，如图1所示，该多光谱数据采集系统100包括：多光谱相机110、搭载设备120、光照检测设备130、终端140，其中：

多光谱相机110与搭载设备120可拆卸连接，并与搭载设备120通信连接。

需要说明的是，多光谱相机110可以是单目的多光谱相机、双目的多光谱相机甚至是多目的多光谱相机。多光谱相机110的采集原理是镜头搭载含有不同光学滤通属性的滤光片，根据不同的光谱的在不同的波段具有不同通过性的原理，由cmos采集到含有特殊光学信息的图片信息后，通过相机的处理器进行光谱图像信息的收集。

其中，滤光片的光学滤通属性不同是由于：滤光片涂上不同的染料以后，滤光片的分子结构就发生了变化，从而对不同光段的折射率也发生了变化，因此涂有不同燃料的滤光片只能通过对应的固定波段的光。

可选地，终端140可以为手机、平板电脑、智能手表、笔记本电脑等，具体根据用户需要设置，在此不做任何限制。

光照检测设备130固定在搭载设备120上，并与多光谱相机110通信连接；终端140与多光谱相机110无线通信连接。

需要说明的是，光照检测设备130固定装置在搭载设备120正上方(安装位置需要保证光照检测设备130接收光源不被遮挡)，用于实时采集当前的光照强度，与多光谱相机110通信连接，用于根据实时采集的当前光照强度，对多光谱相机110的拍摄参摄进行调整，保证多光谱相机110拍摄的照片质量。

光照检测设备130在物理上相对独立于多光谱相机110，但在工作过程中，光照检测设备130与多光谱相机110实时进行数据传输。

举例说明：当光照检测设备130与多光谱相机110的连接方式为蓝牙连接时，光照检测设备130从休眠状态开始，按下电源键后唤醒光照检测设备130，作为从设备，对外发送可连接广播，如果在预设之间内没有被连接，则在此进入休眠状态；如果在预设时间内连接成功，则进入运行状态，直到断开连接后，再次进入广播状态。对于主设备(多光谱相机110)连接新的从设备时，通过广播名进行过滤连接，连接成功后，保存该从设备的唯一序列码，下次连接时，可直接使用唯一序列码进行过滤。

进一步地，光照检测设备130包括多个光照传感器131、定位装置132和陀螺仪133。

需要说明的是，光照传感器131的数量与多光谱相机110的光谱采集数目相对应，并且每个光照传感器131均装有对应光谱的滤光片，为多光谱相机110提供图像校准的信息；定位装置132负责为多光谱相机110采集的图像信息提供相应的位置信息；陀螺仪133用于检测光照检测设备130是否和多光谱相机110保持相对平行的位置，因为光照传感器131是用来给多光谱相机110校准的，所以对于光源的入射角度有一定的要求，若是由于姿态的偏移导致光照传感器131反馈的数据存在误差，则会导致校准结果不正确。

图2为本申请另一实施例提供的多光谱数据采集系统的结构示意图，如图2所示，搭载设备120包括下述任一项：飞行设备121、云台122、可拆卸连接有云台122的飞行设备121。

举例说明：搭载设备120为可拆卸连接有云台的飞行设备121时，云台122与飞行设备121可拆卸连接，云台122用于固定多光谱相机110；并且云台122上设有与多光谱相机110通信连接的接口，工作过程中，飞行设备121按照预设航线飞行，通过多光谱相机110对植被进行拍照和数据分析，得出植被的生长情况等，此时的多光谱相机110采集的照片相对于未安装云台122的飞行设备121，提高了图像采集的稳定性，降低了采集过程中由于机械设备问题产生的抖动而导致图像模糊等影像图像质量的问题。云台122和飞行设备121可以是相对独立，也可以选择云台122和飞行设备121一体的云台相机等结构；云台122在系统中不绝对存在，也可以选择飞行设备121直接与多光谱相机110组合，具体根据用户需要设置，在此并不做任何限制。搭载设备为云台122时，云台122可以为带有手持手柄的云台122，多光谱相机110固定在云台122上，与云台122共同组成一个通过光谱对水果或者种子进行数据分析的手持设备，用户手持设备，对植被进行拍照和数据分析，得出植被的生长情况等。

在本实施的一个优选实施例中，选择可拆卸连接有云台122的飞行设备121作为搭载设备120，但是搭载设备120的具体选择根据用户需要设计，在此并不做任何限制。

可选地，通信连接包括有线连接或无线连接；

其中，无线连接包括：无线宽带wi-fi连接或蓝牙连接。

需要说明的是，有线连接是指通过实体的有形的数据传输线与两模块对应的数据传输接口进行连接，而无线连接包括但不限于：wifi连接、蓝牙连接；具体连接方式根据用户需要设置，在此并不做任何限制。

本实施例中，通过多光谱相机110、搭载设备120、光照检测设备130、终端140的组装配合，其中，多光谱相机110可以进行图像识别，光照检测设备130可以满足对每张拍摄的照片精准定位，以及实时校准拍摄参数的功能，搭载设备120可以携带多光谱相机110进行拍摄，使得拍摄范围更大，且方便调整拍摄范围；从而提供了一款多光谱数据采集系统，可以同时满足精准定位、图像识别和实施校准拍摄参数。

图3为本申请一实施例提供的一种多光谱数据采集方法的流程示意图，该方法应用与上述任一项所述的多光谱数据采集系统，如图3所示，该方法包括：

S101：多光谱相机接收终端生成的航行路径，并将航行路径传输至搭载设备。

需要说明的是，终端作为控制器与显示设备，与多光谱相机无线连接，用于终端和多光谱相机之间的数据交互，以及对多光谱相机发送相应的控制命令。

需要说明的是，终端与多光谱相机连接成功后，终端显示目前所在位置的地理信息和周围环境的信息，划定测绘区域，生成测绘路线以及测绘所需要的时间，配置多光谱相机的相关参数；将生成好的航行路线以指令的形式发送至多光谱相机，随后多光谱相机将接收到的航行路线通过数据接口发送至搭载设备，从而控制云台的姿态，以及搭载设备的航行路径；在航行过程中获取多光谱相机拍摄的图片，同时支持多光谱相机的实时媒体流预览，展示NDVI/NDRE等植被诊断图，传输至用户平台(pc端与移动端)，为存在问题的区域生成问题报告。

可选地，搭载设备除了通过数据接口接收规划好的航行路线，也可以将预先规划好的航行路线生成路径文件后，存储在安全数码卡(Secure Digital Memory Card/SDcard/SD卡)里，再将SD卡放置于搭载设备中，具体航行路线的接收形式根据用户需要设置，在此并不做任何限制。

需要说明的是，多光谱相机的相关参数包括但不限于：设备的型号、设备的拍摄方式、设备的拍摄时间间隔等。

S102：搭载设备根据航行路线搭载多光谱相机航行，多光谱相机在航行过程中拍摄图像。

需要说明的是，多光谱相机可拆卸安装在搭载设备上，在搭载设备的航行过程中，多光谱相机拍摄图像。搭载设备根据规划好的航行路径开始航行，航行过程中，终端会实时显示搭载设备的航行位置与时间进度。

可选地，多光谱相机可以通过云台可拆卸地连接在搭载本体上，其中，云台的使用可以提高多光谱相机图像采集的稳定性，降低采集过程中由于设备问题产生的抖动，从而导致图像模糊等影响图像质量的问题；也可以直接可拆卸地连接在搭载本体上；具体的连接方式根据用户需要设置，在此并不做任何限制。

S103：多光谱相机将拍摄的图像发送至终端，终端对接收到的图像进行图像处理。

需要说明的是，图像处理包括下述一项或多项：光谱图像拆分、图像拼接、指数图、针对指数图生成的相应区域进行处理。

可选地，指数图可以为：植被覆盖指数NDVI，或差分红边NDRE的标准差异植被指数图，但指数图的类型并不局限于这两种，不同的滤光片可以生成不同类型的指数图，具体根据用户需要设计，在此并不做任何限制。

需要说明的是，针对指数图生成的相应区域进行处理，其中，处理方案包括但不限于：当前植被需要磷肥、氮肥、除虫等，具体的处理操作根据采集到的数据进行设置，在此并不做任何限制。

可选的，拍摄完毕后的图像可以通过无线传输发送至终端，通过终端进行图像处理；也可以取出多光谱相机中的SD卡。通过PC端上传至服务器，进行图像处理；具体处理方式根据用户需要选择，并不以此为限。

处理完成的图像其反馈信息可以通过终端的应用程序或PC端的网站，通过用户名和账号登陆进行查看。

图4为本申请另一实施例提供的一种多光谱数据采集方法的流程示意图，如图4所示，多光谱相机在航行过程中拍摄图像之前，还包括：

S201：拍摄校准照片。

其中，校准照片为多光谱相机平行对准反射板拍摄的照片。

S202：根据校准照片的亮度值对多光谱相机的拍摄参数进行初始校准。

需要说明的是，生成航行路线之前，还需对多光谱相机进行初始校准，具体地：打开具有特殊涂层的反射板放置于无遮挡的光源下面，将多光谱相机平行对准反射板，拍摄过程中不允许遮挡住反射板，拍摄完成后，采集拍摄的图片进行针对于当前环境的拍摄参数校准。

进一步地，拍摄参数包括下述一项或多项：感光度、曝光时间、光圈参数。

进一步地，多光谱相机在航行过程中拍摄图像，还包括：多光谱相机通过可拆卸安装在搭载设备上，在搭载设备的航行过程中，所述多光谱相机拍摄图像。

进一步地，多光谱相机在航行过程中拍摄图像，包括：光照传感器实时采集当前的光照强度并向多光谱相机发送当前的光照强度；多光谱相机根据当前的光照强度调整拍摄参数，获取调整后的拍摄参数；多光谱相机在航行过程中采用调整后的拍摄参数拍摄图像。

需要说明的是，航行过程中，若是在光线不稳定的环境中拍摄，光照检测设备实时向多光谱相机传输采集到的当前光照强度信息，多光谱相机接受到当前光照强度信息后会实时对多光谱相机的拍摄参数进行校准，并获取校准后的拍摄参数拍摄图像；但若是在光线稳定的环境中拍摄，则只需保持初始校准的拍摄参数进行拍摄即可；此外，光照检测设备还需实时采集当前位置信息，并将拍摄到的图像信息与其对应的位置信息相关联。

本实施例中，通过多光谱相机、搭载设备、光照检测设备、终端的组装配合，其中，多光谱相机可以进行图像识别与图像的采集，光照检测设备可以同时满足精准定位和实施校准拍摄参数，搭载设备可以携带多光谱相机进行拍摄，使得拍摄范围更大，且方便调整拍摄范围；从而提供了一款多光谱数据采集系统，可以同时满足精准定位、图像识别和实施校准拍摄参数。

上述装置用于执行前述实施例提供的方法，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。

以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)，或，一个或多个微处理器(digital singnal processor，简称DSP)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(CentralProcessing Unit，简称CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上系统(system-on-a-chip，简称SOC)的形式实现。

图5为本发明另一实施例提供的多光谱数据采集装置的结构示意图，该装置可以集成于终端设备或者终端设备的芯片，该终端可以是具备图像处理功能的计算设备。

该装置包括：存储器501、处理器502。

存储器501用于存储程序，处理器502调用存储器501存储的程序，以执行上述方法实施例。具体实现方式和技术效果类似，这里不再赘述。

可选地，本发明还提供一种程序产品，例如计算机可读存储介质，包括程序，该程序在被处理器执行时用于执行上述方法实施例。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(英文：processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文：Read-Only Memory，简称：ROM)、随机存取存储器(英文：Random Access Memory，简称：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

Claims (9)

1.一种多光谱数据采集系统，其特征在于，包括：多光谱相机、搭载设备、光照检测设备、终端，其中：

所述多光谱相机与所述搭载设备可拆卸连接，并与所述搭载设备通信连接；

所述光照检测设备固定在所述搭载设备上，并与所述多光谱相机通信连接；

所述终端与所述多光谱相机无线通信连接。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光照检测设备包括多个光照传感器、定位装置和陀螺仪。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述搭载设备包括下述任一项：飞行设备、云台、可拆卸连接有所述云台的所述飞行设备；

其中，所述云台用于固定所述多光谱相机；所述云台上设有与所述多光谱相机通信连接的接口。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述通信连接包括有线连接或无线连接；

其中，无线连接包括：无线宽带wi-fi连接或蓝牙连接。

5.一种多光谱数据采集方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-4任一项所述的系统，所述方法包括：

多光谱相机接收终端生成的航行路径，并将所述航行路径传输至搭载设备；

所述搭载设备根据航行路线搭载所述多光谱相机航行，所述多光谱相机在航行过程中拍摄图像；

所述多光谱相机将拍摄的所述图像发送至所述终端，所述终端对接收到的所述图像进行图像处理。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述多光谱相机在航行过程中拍摄图像之前，还包括：

拍摄校准照片，其中，校准照片为所述多光谱相机平行对准反射板拍摄的照片；

根据所述校准照片的亮度值对所述多光谱相机的拍摄参数进行初始校准。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述多光谱相机在航行过程中拍摄图像，包括：

光照传感器实时采集当前的光照强度并向所述多光谱相机发送所述当前的光照强度；

所述多光谱相机根据所述当前的光照强度调整拍摄参数，获取调整后的拍摄参数；

所述多光谱相机在航行过程中采用所述调整后的拍摄参数拍摄图像。

8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述拍摄参数包括下述一项或多项：感光度、曝光时间、光圈参数。

9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述图像处理包括下述一项或多项：光谱图像拆分、图像拼接、指数图、针对指数图生成的相应区域进行处理。