CN115493569A - 一种实现大型无人机多种航摄仪同步采集的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于图像采集技术领域，具体涉及一种实现大型无人机多种航摄仪同步采集的方法，多种航摄仪同步采集具体为对激光雷达扫描仪、数码航摄相机、高光谱成像仪、miniSAR、双光视频吊舱及定位定姿系统进行一体化集成，多种航摄仪同步采集可以使大型机载多传感器航测系统各方面性能得到提升，包括操控性：基于无人机的卫星通信网络接口，实现大型机载多传感器同步和地面控制站的实时通信；协同性：系统可根据任务需求，制定数据获取方案，为保障目标区域数据获取的完整性、有效性和精准度，各传感器之间可协同作业也可独立作业；安全性：本技术方法适合多种地理作业环境、满足中长航时军转民无人机平台性能及安全需要的设备。
Description
技术领域
本发明涉及图像采集技术领域，具体领域为一种实现大型无人机多种航摄仪(或传感器)同步采集的方法。
背景技术
航空摄影仪简称“航摄仪”。航摄器是拍摄航空像片的仪器，由镜箱、暗匣、座架与操纵器组成。按用途分为军事侦察航空摄影仪和测图航空摄影仪。按镜箱数分单镜箱航空摄影仪和多镜箱航空摄影仪。测绘地形图用的多为单箱航空摄影仪。此外，还有缝隙式连续航空摄影仪和扫描式全景航空摄影仪，大多用于遥感技术。航摄器具有成图速度快、精度高、不受气候及季节的限制等优点，因此航空摄影测量仍然是测制地形图获取影像的主要手段。航空摄影测量经历了模拟摄影测量、解析摄影测量和数字摄影测量阶段,其传感器类型主要有光学摄影类型传感器和光电成像类型传感器，目前为止，航空摄影机多数还是基于胶片的光学摄影机，随着数字技术与数字摄影测量的发展，数字航空摄影机出现并始使用。光学摄影类型传感器的共同特点是将搜集到的地物反射光在感光胶片上直接曝光成像；光电成像类型传感器的共同特点是将搜集到的电磁波能量，通过仪器内的光敏或热敏元件转变成电能后再记录下来，电能的变化可对应数字的变化,因而可得到数字影像。例如数字航摄仪是利用CCD将镜头所成影像的光信号转化成电信号，再把这种电信号转化成计算机可以识别的数字信号记录下来，最后转化成影像。由上述分析可知，不同的传感器有不同的测量范围、测量精度、测量速度及测量频率，因此在实际应用中，实现多种航摄仪同步采集可以使大型机载多传感器航测系统的各方面性能得到提升，为此提出一种实现大型无人机多种航摄仪同步采集的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实现大型无人机多种航摄仪协同工作、同步采集的方法以解决上述背景技术中提到的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种实现大型无人机多种航摄仪协同工作、同步采集的方法，其方法包括如下步骤：
步骤1：以激光雷达扫描仪、数码航摄相机、高光谱成像仪、miniSAR及双光视频吊舱作为传感器设备；
步骤2：传感器设备中激光雷达扫描仪为主力传感器，采用主动遥感方式获取高密度点云数据；数码航摄相机获取真彩色影像，利用数字摄影测量处理技术分级分批提供具有地理编码的测区影像和重点目标地理信息；高光谱成像仪获取观测区域地物的高光谱数据，为地物精细分类提供基础数据，进而获得高精度专题信息；双光视频吊舱通过内置的可见光视频传感器和热红外视频传感器，全天侯实时获取视频遥感信息，以实现远距离、大范围和长时间的信息获取或定点观测；
步骤3：以无人机卫星通信系统作为核心数据传输系统；
步骤4：以地面终端作为指挥系统进行全系统的集成。
优选的，激光雷达扫描仪选用RIEGL VQ-780II激光雷达扫描仪，测量范围可达6800米，最大作业高度高达海拔5600米，适合云南省高山峡谷多的地形地貌特点作业环境，满足采用中长航时军转民无人机获取大面积地质灾害多发区域的作业需求。
优选的，数码航摄相机选用PhaseOne iXM中画幅工业级数码航摄相机，中画幅工业级数码航摄相机主要用于高效获取高分辨率、高精度、高质量的真彩色影像，利用数字摄影测量处理技术分级分批提供具有地理编码的测区影像和重点目标地理信息。将无人机飞行平台的大载重及长航时优势和传感器高获取效率的优势相结合，面向大范围、高精度的无人机作业需求，宜选择幅面大、可靠性高、成像质量高、可扩展性强、易操作、易集成的中画幅工业级数码航摄相机。
优选的，高光谱成像仪选用Specim FX10与FX17组合形式集成于无人机载荷舱内，高光谱图像集空、谱多维信息于一体，可实现复杂地表覆盖的精细分类、自动探测以及地表参量的定量化反演等。与宽波段遥感探测手段采集的图像相比，大部分地物的吸收特征峰半宽度为20-40nm，而高光谱成像系统连续波段光谱分辨率一般在10nm以内，对感兴趣目标的属性鉴别能力更强。
优选的，双光视频吊舱选用SCA150型号光电吊舱，用于完成侦查、监控、巡检等飞行任务。同时，利用视频处理软件逐帧提取视频里的图像，结合视频成像技术将提取的图像进行拼接，生成遥感影像。
优选的，所述传感器设备与定位定姿系统电连接与协同。
优选的，所述定位定姿系统由全球导航卫星系统和惯性测量单元组成，全球导航卫星系统通过接收北斗\GPS\GLONASS\GALILEO卫星不断发送的星历参数和时间信息，计算出全球任意时刻和任意地点的接收机的三维坐标、方向、运动速度和时间信息；惯性测量单元主要利用惯性测量单元来感测无人机在不同方向的加速度，并通过积分运算获得载体的速度和姿态等相关信息，由加速度计和陀螺仪组成，加速度计用来测量载体运动过程中相对于惯性空间的3个加速度，指示当地地垂线方向；陀螺仪则用来测量运动载体相对搭载平台转动运动方向的3个角位移，指示地球自转轴的方向。定位定姿系统集成了全球导航卫星系统和惯性导航系统的优势，通过数据后处理软件可以为各航测传感器提供高频率的精确定位定向，从而使用户在处理数据时无需地面参考信息，不仅可以降低航空摄影空三解算的困难，而且可以大大精简的后续处理流程，大幅提高应急测绘数据快速处理的自动化水平和生产效率。
本发明的有益效果是：
多种航摄仪同步采集对激光雷达扫描仪、中画幅工业级数码航摄相机、高光谱成像仪、双光视频吊舱、miniSAR及定位定姿系统进行一体化集成，在满足应用需求的同时还需满足无人机的集成要求。多种航摄仪同步采集可以使大型机载多传感器航测系统的各方面性能得到提升，表现在：
操控性：由于无人机航时长、作业范围广，近场操控无法满足对大型机载多传感器航测系统的控制要求，系统需与无人机通讯系统兼容，基于无人机的卫星通信网络，实现大型机载多传感器综合航测系统和地面控制站的实时通信。
协同性：系统可根据任务需求，制定数据获取方案，为保障目标区域数据获取的完整性、有效性和精准度，各传感器之间可协同作业也可独立作业。
安全性：本方法适合多种作业环境、满足中长航时军转民无人机平台性能及安全需要的设备，系统集成到无人机上后，与现有设备兼容良好，不影响安全飞行，不改变无人机操控模式，符合航空设备的温度及电磁兼容要求。
可扩展性：系统采用模块化设计，在设计过程中预留一定空间，进行其他传感器设备的应用和换装，以满足多种行业应用拓展需求。
附图说明
图1为本发明实施例中大型无人机机载多传感器航测系统集成框架图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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。
实施例
将多种航摄仪同步采集的方法应用于大型无人机中，系统集成优化设计采取“以各激光雷达扫描仪、中画幅工业数码航摄相机、高光谱成像仪及双光视频吊舱作为核心传感器设备，以无人机卫星通信系统作为核心数据传输系统，以地面终端作为指挥系统相结合的策略，进行全系统的集成。在系统集成过程中，通过各种测试消除故障和安全隐患，保障各任务载荷处于良好的工作状态，确保任务安全、可靠。通过规范和测试数据接口，保障大型机载多传感器航测系统所需要各类技术元素和基本数据，从而形成完整有序的业务运行流程，集成系统的架构图1所示。
步骤1：以激光雷达扫描仪、数码航摄相机、高光谱成像仪及双光视频吊舱作为传感器设备；
步骤2：传感器设备中激光雷达扫描仪为主力传感器，采用主动遥感方式获取高密度点云数据；数码航摄相机获取真彩色影像，利用数字摄影测量处理技术分级分批提供具有地理编码的测区影像和重点目标地理信息；高光谱成像仪获取观测区域地物的高光谱数据，为地物精细分类提供基础数据，进而获得高精度专题信息；双光视频吊舱通过内置的可见光视频传感器和热红外视频传感器，全天侯实时获取视频遥感信息，以实现远距离、大范围和长时间的信息获取或定点观测；
步骤3：以无人机卫星通信系统作为核心数据传输系统；
步骤4：以地面终端作为指挥系统进行全系统的集成。
其中，激光雷达扫描仪选用RIEGL VQ-780II激光雷达扫描仪，测量范围可达6800米，最大作业高度高达海拔5600米，适合云南省高山峡谷多的地形地貌特点作业环境，满足采用中长航时军转民无人机获取大面积地质灾害多发区域的作业需求。
其中，数码航摄相机选用PhaseOne iXM中画幅工业级数码航摄相机，中画幅工业级数码航摄相机主要用于高效获取高分辨率、高精度、高质量的真彩色影像，利用数字摄影测量处理技术分级分批提供具有地理编码的测区影像和重点目标地理信息。将无人机飞行平台的大载重及长航时优势和传感器高获取效率的优势相结合，面向大范围、高精度的无人机作业需求，宜选择幅面大、可靠性高、成像质量高、可扩展性强、易操作、易集成的中画幅工业级数码航摄相机。
其中，高光谱成像仪选用Specim FX10与FX17组合形式集成于无人机载荷舱内，高光谱图像集空、谱多维信息于一体，可实现复杂地表覆盖的精细分类、自动探测以及地表参量的定量化反演等。与宽波段遥感探测手段采集的图像相比，大部分地物的吸收特征峰半宽度为20-40nm，而高光谱成像系统连续波段光谱分辨率一般在10nm以内，对感兴趣目标的属性鉴别能力更强。
其中，双光视频吊舱选用SCA150型号光电吊舱，用于完成侦查、监控、巡检等飞行任务。同时，利用视频处理软件逐帧提取视频里的图像，结合视频成像技术将提取的图像进行拼接，生成遥感影像。
其中，所述传感器设备与定位定姿系统电连接与协同。
其中，所述定位定姿系统由全球导航卫星系统和惯性测量单元组成，全球导航卫星系统通过接收卫星不断发送的星历参数和时间信息，计算出全球任意时刻和任意地点的接收机的三维坐标、方向、运动速度和时间信息；
惯性测量单元主要利用惯性测量单元来感测无人机的加速度，并通过积分运算获得载体的速度和姿态等相关信息，由加速度计和陀螺仪组成，加速度计用来测量载体运动过程中相对于惯性空间的3个加速度，指示当地地垂线方向；陀螺仪则用来测量运动载体相对搭载平台转动运动方向的3个角位移，指示地球自转轴的方向。定位定姿系统集成了全球导航卫星系统和惯性导航系统的优势，通过数据后处理软件可以为各航测传感器提供高频率的精确定位定向，从而使用户在处理数据时无需地面参考信息，不仅可以降低航空摄影空三解算的困难，而且可以大大精简的后续处理流程，大幅提高应急测绘数据快速处理的自动化水平和生产效率。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种实现大型无人机多种航摄仪同步采集的方法，其特征在于：其方法包括如下步骤：
步骤1：以激光雷达扫描仪、数码航摄相机、高光谱成像仪、miniSAR及双光视频吊舱作为传感器设备；
步骤2：传感器设备中激光雷达扫描仪为主力传感器，采用主动遥感方式获取高密度点云数据；数码航摄相机获取真彩色影像，利用数字摄影测量处理技术分级分批提供具有地理编码的测区影像和重点目标地理信息；高光谱成像仪获取观测区域地物的高光谱数据，为地物精细分类提供基础数据，进而获得高精度专题信息；双光视频吊舱通过内置的可见光视频传感器和热红外视频传感器，全天侯实时获取视频遥感信息，以实现远距离、大范围和长时间的信息获取或定点观测；
步骤3：以无人机卫星通信系统作为核心数据传输系统；
步骤4：以地面终端作为指挥系统进行全系统的集成。
2.根据权利要求1所述的一种实现大型无人机多种航摄仪同步采集的方法，其特征在于：激光雷达扫描仪选用RIEGL VQ-780II激光雷达扫描仪。
3.根据权利要求1所述的一种实现大型无人机多种航摄仪同步采集的方法，其特征在于：数码航摄相机选用PhaseOne iXM中画幅工业级数码航摄相机。
4.根据权利要求1所述的一种实现大型无人机多种航摄仪同步采集的方法，其特征在于：高光谱成像仪选用Specim FX10与FX17组合形式集成于无人机载荷舱内。
5.根据权利要求1所述的一种实现大型无人机多种航摄仪同步采集的方法，其特征在于：双光视频吊舱选用SCA150型号光电吊舱。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种实现大型无人机多种航摄仪同步采集的方法，其特征在于：所述传感器设备与定位定姿系统电连接与同步。
7.根据权利要求6所述的一种实现大型无人机多种航摄仪同步采集的方法，其特征在于：所述定位定姿系统由全球导航卫星系统和惯性测量单元组成。
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