CN111595443A - 一种推扫式高光谱成像系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种推扫式高光谱成像系统，包括高分辨率面阵相机、双天线卫星定位模块、高光谱成像模块、ARM+FPGA采集控制电路和无人机，所述无人机与飞行控制子系统信号连接，所述飞行控制子系统的输入端与电路硬触发子块，所述电路硬触发子块的输出端与高光谱成像模块的输入端信号连接，一种推扫使高光谱成像方法，包括以下步骤：高光谱成像模块、双天线卫星定位模块、高分辨率面阵相机和ARM+FPGA采集控制电路之间通过双天线卫星定位模块和电路硬触发子块实现数据同步。该发明通过使用高分辨率面阵相机,双天线卫星定位模块，可用大幅度降低设备开发的时间周期和硬件成本，使得仪器具有很好的性价比。

Description

一种推扫式高光谱成像系统和方法
技术领域
本发明涉及高光谱成像技术领域，具体为一种推扫式高光谱成像系统和方法。
背景技术
对于航空遥感高光谱成像，尤其是推扫式传感器，图像拼接一直是数据处理的难点，因为每帧数据都可能有pitch，roll和yaw三个方向的扭曲，帧与帧之间空间维只是一行像素，相关性校正时，难以确定同名点。当前推扫式高光谱数据的校正和拼接，采用的是将高光谱设备和卫星定位辅助惯导惯性导航系统经数据同步集成后，安装与稳定云台上，再经稳定云台吊装在飞行平台上，实现飞行航测作业。
现有的技术，需要高精度的卫星定位辅助惯性导航系统，即惯性导航系统的综合角度精度至少得小于1/2个高光谱像素对应得瞬时视场角，但目前达到相应精度需求的卫星定位辅助惯性导航系统价格昂贵，重量太大，不适合轻小型飞行平台搭载；集成后的高光谱成像仪成本高、产品设计周期长、操作难度大等问题，不方便使用，且影像的分辨率低。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种推扫式高光谱成像系统和方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种推扫式高光谱成像系统，包括高分辨率面阵相机、双天线卫星定位模块、高光谱成像模块、ARM+FPGA采集控制电路和无人机，所述无人机与飞行控制子系统信号连接，所述飞行控制子系统的输入端与电路硬触发子块，所述电路硬触发子块的输出端与高光谱成像模块的输入端信号连接，所述高光谱成像模块的输入端与时间同步子块的输出端信号连接，所述时间同步子块与ARM+FPGA采集控制电路信号连接，所述ARM+FPGA采集控制电路与电路硬触发子块信号连接，所述ARM+FPGA采集控制电路与高分辨率面阵相机信号连接，所述ARM+FPGA采集控制电路与双天线卫星定位模块信号连接，所述双天线定位模块与多轴稳定器信号连接。
优选的，所述ARM+FPGA采集控制电路与双天线卫星定位模块之间通过PPS脉冲RS232信号连接。
一种推扫式高光谱成像方法，包括以下步骤：
S1、高光谱成像模块、双天线卫星定位模块、高分辨率面阵相机和ARM+FPGA采集控制电路之间通过双天线卫星定位模块和电路硬触发子块实现数据同步；
S2、规划好航线，采集完数据后，通过高精度高帧频的RGB影像数据，数据采集区域的RGB底图；解算出每帧RGB影像数据的三轴姿态信息；
S3、依据高光谱数据采集时刻，使用高精度高帧频RGB影像数据解算得到的姿态信息进行时间对应，重采样得到高光谱影像数据采集时刻的三轴姿态信息；
S4、依据高光谱数据姿态信息、影像信息和高地面分辨率的影像底图，拼接高光谱数据；
S5、依据已经拼接好的高光谱影像数据和高地面分辨率的RGB底图，进行影像配置和重采样，得到高影像分辨率且畸变校正好的高光谱数据。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)该发明通过使用高分辨率面阵相机,双天线卫星定位模块，可用大幅度降低设备开发的时间周期和硬件成本，使得仪器具有很好的性价比；
(2)该发明通过将配畸变校正好的高光谱成像模块获得的影像和高分辨率面阵相机获得的底图配准和重采样，大幅度提高了原始高光谱成像模块的影像分辨率，经济有效。
附图说明
图1为本发明系统框图；
图2为本发明系统装配结构图。
图中：1高分辨率面阵相机、2双天线卫星定位模块、3高光谱成像模块、4ARM+FPGA采集控制电路、5无人机、6飞行控制子系统、7电路硬触发子块、8时间同步子块、9多轴稳定器。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明所使用的方法，并不仅适合航空平台使用，对于地面运行的滑轨、行车、龙门架等运动平台，也同样适用，也应纳入保护范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种推扫式高光谱成像系统，包括高分辨率面阵相机1、双天线卫星定位模块2、高光谱成像模块3、ARM+FPGA采集控制电路4和无人机5，无人机5与飞行控制子系统6信号连接，飞控行制子系统6的输入端与电路硬触发子块7，电路硬触发子块7的输出端与高光谱成像模块3的输入端信号连接，高光谱成像模块3的输入端与时间同步子块8的输出端信号连接，时间同步子块8与ARM+FPGA采集控制电路4信号连接，ARM+FPGA采集控制电路4与电路硬触发子块7信号连接，ARM+FPGA采集控制电路4与双天线卫星定位模块2之间通过PPS脉冲RS232信号连接，ARM+FPGA采集控制电路4与高分辨率面阵相机1信号连接，ARM+FPGA采集控制电路4与双天线卫星定位模块2信号连接，双天线定位模块2与多轴稳定器9信号连接。
一种推扫式高光谱成像方法，包括以下步骤：
S1、高光谱成像模块3、双天线卫星定位模块2、高分辨率面阵相机1和ARM+FPGA采集控制电路4之间通过双天线卫星定位模块2和电路硬触发子块7实现数据同步；
S2、规划好航线，采集完数据后，通过高精度高帧频的RGB影像数据，数据采集区域的RGB底图；解算出每帧RGB影像数据的三轴姿态信息；
S3、依据高光谱数据采集时刻，使用高精度高帧频RGB影像数据解算得到的姿态信息进行时间对应，重采样得到高光谱影像数据采集时刻的三轴姿态信息；
S4、依据高光谱数据姿态信息、影像信息和高地面分辨率的影像底图，拼接高光谱数据；
S5、依据已经拼接好的高光谱影像数据和高地面分辨率的RGB底图，进行影像配置和重采样，得到高影像分辨率且畸变校正好的高光谱数据。
工作原理：当本发明使用时，高光谱成像模块、双天线卫星定位模块、高分辨率面阵相机和ARM+FPGA采集控制电路之间通过双天线卫星定位模块和电路硬触发子块实现数据同步，规划好航线，采集完数据后，通过高精度高帧频的RGB影像数据，数据采集区域的RGB底图；解算出每帧RGB影像数据的三轴姿态信息，依据高光谱数据采集时刻，使用高精度高帧频RGB影像数据解算得到的姿态信息进行时间对应，重采样得到高光谱影像数据采集时刻的三轴姿态信息，依据高光谱数据姿态信息、影像信息和高地面分辨率的影像底图，拼接高光谱数据，依据已经拼接好的高光谱影像数据和高地面分辨率的RGB底图，进行影像配置和重采样，得到高影像分辨率且畸变校正好的高光谱数据，通过将配畸变校正好的高光谱成像模块获得的影像和高分辨率面阵相机获得的底图配准和重采样，大幅度提高了原始高光谱成像模块的影像分辨率。
综上所述，本发明通过使用高分辨率面阵相机1,双天线卫星定位模块2，可用大幅度降低设备开发的时间周期和硬件成本，使得仪器具有很好的性价比，通过将配畸变校正好的高光谱成像模块3获得的影像和高分辨率面阵相机1获得的底图配准和重采样，大幅度提高了原始高光谱成像模块的影像分辨率，经济有效。

Claims (4)

1.一种推扫式高光谱成像系统，其特征在于：包括高分辨率面阵相机(1)、双天线卫星定位模块(2)、高光谱成像模块(3)、ARM+FPGA采集控制电路(4)和无人机(5)，所述无人机(5)与飞行控制子系统(6)信号连接，所述飞行控制子系统(6)的输入端与电路硬触发子块(7)，所述电路硬触发子块(7)的输出端与高光谱成像模块(3)的输入端信号连接，所述高光谱成像模块(3)的输入端与时间同步子块(8)的输出端信号连接，所述时间同步子块(8)与ARM+FPGA采集控制电路(4)信号连接，所述ARM+FPGA采集控制电路(4)与电路硬触发子块(7)信号连接，所述ARM+FPGA采集控制电路(4)与高分辨率面阵相机(1)信号连接，所述ARM+FPGA采集控制电路(4)与双天线卫星定位模块(2)信号连接，所述双天线定位模块(2)与多轴稳定器(9)信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种推扫式高光谱成像系统，其特征在于：所述ARM+FPGA采集控制电路(4)与双天线卫星定位模块(2)之间通过PPS脉冲RS232信号连接。
3.一种推扫式高光谱成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、高光谱成像模块(3)、双天线卫星定位模块(2)、高分辨率面阵相机(1)和ARM+FPGA采集控制电路(4)之间通过双天线卫星定位模块(2)和电路硬触发子块(7)实现数据同步；
S2、规划好航线，采集完数据后，通过高精度高帧频的RGB影像数据，数据采集区域的RGB底图；解算出每帧RGB影像数据的三轴姿态信息；
S3、依据高光谱数据采集时刻，使用高精度高帧频RGB影像数据解算得到的姿态信息进行时间对应，重采样得到高光谱影像数据采集时刻的三轴姿态信息；
S4、依据高光谱数据姿态信息、影像信息和高地面分辨率的影像底图，拼接高光谱数据；
S5、依据已经拼接好的高光谱影像数据和高地面分辨率的RGB底图，进行影像配置和重采样，得到高影像分辨率且畸变校正好的高光谱数据。
4.根据权利要求书1所述的一种推扫式高光谱成像系统，其特征在于：本发明所使用的方法，涵盖但不局限于航空平台使用，对于地面运行的滑轨、行车、龙门架等运动平台，也同样适用。
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