CN207835662U - 一种基于嵌入式的无人机遥感图像采集系统 - Google Patents

Abstract

一种基于嵌入式的无人机遥感图像采集系统，包括无人机、相机组、嵌入式板、图像采集卡、可扩展USB插槽、无线发射与接收天线、笔记本电脑；嵌入式板安装在无人机机身上，一个相机与一个图像采集卡相连接，多个图像采集卡与可扩展USB插槽连接，可扩展USB插槽与嵌入式板的串口相连接。本实用新型具有提高飞行效率、实时传输采集画面、定点自动截取并保存图像等优点。本实用新型属于无人机农业遥感技术领域。

Description

一种基于嵌入式的无人机遥感图像采集系统

技术领域

本实用新型属于无人机农业遥感技术领域，具体涉及一种基于嵌入式的无人机遥感图像采集系统。

背景技术

近年来，随着国民经济的迅速发展，无人机遥感技术的应用越来越广泛。遥感技术能够为研究病虫害检测、植株数量和成苗率的统计分析、土壤属性的监测以及自然灾害后作物受损程度的评估等提供第一手资料。传统的无人机遥感图像采集方式是无人机机载携带某一类型相机(如可见光相机)，在预设的飞行高度和飞行速度下进行拍摄，从空中通过无线传输多张可见光图像至地面站进行获取。然后无人机机载再卸载该类型相机，换上另一类型相机(如多光谱相机)进行同一操作获取多光谱图像。然后分别对不同类型的图像进行拼接，得到不同类型的遥感图像全景图，通过地面验证等对比分析形成作物处方图，为后期进一步的农情分析、精准施药打下基础。但是这样不同类型的图像采集方式飞行次数多、耗时长、不能确保在同一外界环境(如无人机同一飞行高度、同一光照环境、同一位置等)获取图像，而且图像从空中传输至地面端时存在较大的延时等缺点，这样直接导致遥感图像采集工作的效率低下、作物处方图形成的效果和质量不能保证的直接问题。因此，在无人机遥感图像采集系统中迫切需要一种能够提高飞行效率、保证不同类型的图像数据相匹配和能够图像实时采集与传输的设备。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供一种基于嵌入式的无人机遥感图像采集系统。

一种基于嵌入式的无人机遥感图像采集系统，包括无人机、相机组、嵌入式板、图像采集卡、可扩展USB插槽、一对数传收发天线、编码器、图传发射天线、解码器、图传接收天线、笔记本电脑；嵌入式板安装在无人机机身上，嵌入式板上安装有存储器；相机组搭载在无人机上；相机组包括多个相机，一个相机与一个图像采集卡相连接，多个图像采集卡与可扩展USB插槽连接，可扩展USB插槽与嵌入式板的串口相连接；一对数传收发天线之间相互发射并接收数据，一对数传收发天线分别与嵌入式板和笔记本电脑相连接；编码器与嵌入式板相连接，图传发射天线与编码器相连接，图传接收天线与解码器相连接，解码器和笔记本电脑连接，笔记本电脑位于地面。

优选的，数据收发天线为无线模块E31-TTL-50。

优选的，相机组包括可见光相机、多光谱相机。

优选的，无人机为多旋翼无人机。

优选的，嵌入式板采用Nvidia Jetson TK1。

优选的，所述图传发射天线为TS832编码器自带的天线，所述图传接收天线为CT580编码器自带的天线。

采用上述一种基于嵌入式的无人机遥感图像采集系统进行图像采集的方法，包括以下步骤：

(1)安装系统，将系统的各零部件组装好并置于预定位置；

(2)系统通电并启动，对系统进行通电，并启动无人机飞行、笔记本电脑运行、相机组拍摄；

(3)实时传输画面，嵌入式板通过编码器对实时画面的数据进行编码，并将编码后的数据通过图传发射天线传送到地面端的图传接收天线，图传接收天线接收后将数据传送到解码器，解码器解码后将实时画面的数据传送到笔记本电脑，笔记本电脑显示拍摄的实时画面；

(4)调整至最佳拍摄效果，根据在笔记本电脑显示的拍摄的实时画面，用户在笔记本电脑输入相关指令并通过地面端的数传天线发射到空中端的数传天线，数传天线接收指令后并传送到嵌入式板，嵌入式板根据对应的指令把相关参数(如无人机实时的经度、纬度、高度等)通过空中端的数传天线发射到地面端的数传天线，地面端的数传天线将数据传送到笔记本电脑上显示，用户根据反馈的数据评估无人机飞行时的拍摄效果，调整无人机拍摄的相关参数，以取得最佳拍摄效果；

(5)实时保存图像，根据系统预设的飞行路线和预定的地理位置信息，无人机飞行过程中到达预定的地理位置时，调用OpenCV的截图函数直接截取当前笔记本电脑屏幕显示的不同类型相机拍摄实时画面，并截取的图像数据保存至笔记本电脑；

(6)重复步骤(3)、(4)、(5)，操纵无人机飞行多次预定的飞行路线以获得多组不同类型的画面和图像。

可见光相机将实时拍摄的可见光画面通过数据采集卡进行数据交换后传输至嵌入式板，多光谱相机将实时拍摄的多光谱画面通过数据采集卡进行数据交换后传输至嵌入式板，嵌入式板将同一时间点的可见光画面和多光谱画面同时经编码器编码后，通过图传发射天线发射到地面端。嵌入式板运行Linux系统，搭载OpenCV；笔记本电脑调用OpenCV的截图函数直接截取当前电脑屏幕显示的不同类型相机拍摄的实时画面，并把截取的图像数据保存至笔记本电脑。

本实用新型的优点：

1、本实用新型一次在无人机上搭载多个类型相机，一次采集多种类型的图像，能避免采集不同类型的图像时的采集环境发生变化，提高采集图像的精准性，后续利用采集图像的分析更准确、误差更小；而且还能减少飞行次数，提高飞行效率。

2、本实用新型采用嵌入式板作为中转，将拍摄的高清实时画面使用数据采集卡交换数据后经嵌入式板后再经编码器编码后，通过图传发射天线发射到图传接收天线，经解码器解码后实时传输给笔记本电脑显示，使得用户能实时观看到相机组拍摄的高清实时画面，并能根据对实时画面的分析，将无人机飞行调整至最佳位置以获得最佳拍摄的效果，还能根据实时画面的观测，及时发现拍摄过程中出现的意外。

3、当无人机到达预定的地理位置后，利用OpenCV的截图函数直接截取当前笔记本电脑屏幕显示的不同类型相机拍摄实时的画面并获取图像，与传统的触发相机拍照获取图像相比不但获取图像速度更快，而且能够在笔记本电脑实时观察获取图像的质量，避免因采集的图像质量不佳导致重新飞行拍摄，提高飞行效率。

附图说明

图1为一种基于嵌入式的无人机遥感图像采集系统的实施例的连接关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的具体说明。

一种基于嵌入式的无人机遥感图像采集系统，它包括无人机、相机组、嵌入式板、图像采集卡、可扩展USB插槽、编码器、图传发射天线、解码器、图传接收天线、一对数传收发天线、笔记本电脑；嵌入式板上安装有存储器；相机组包括可见光相机、多光谱相机等。相机组搭载在无人机上，以在无人机进行遥感时拍摄图像；嵌入式板安装在无人机机身上，一个相机与一个图像采集卡相连接，多个图像采集卡与可扩展USB插槽连接，可扩展USB插槽与嵌入式板的串口相连接，编码器与嵌入式板相连接，图传发射天线与编码器相连接，图传接收天线与解码器相连接，解码器与笔记本电脑相连接，一对数传收发天线分别与嵌入式板、笔记本电脑相连接，笔记本电脑通过编码器编码后，通过图传发射天线发射到图传接收天线，经解码器解码后接收数据并处理，最终显示在显示屏上。

嵌入式板在Linux系统下运行；嵌入式板上搭载有OpenCV；笔记本电脑使用C++编程；笔记本电脑调用OpenCV的截图函数直接截取当前电脑屏幕显示的不同类型相机拍摄的实时画面，并把截取的图像数据保存至笔记本电脑。

在本实施例中，相机组采用可见光相机(如GoPro4等)、多光谱相机如ADC-LITE、ADC-Micro、ADC-Snap等)。此处相机组的选择只是为说明本实用新型的创新内容，而并不代表本实用新型只能搭载该组合类型的相机组。实际测试中，可根据实际情况，选择不同类型的相机搭载在无人机上。

在本实施例中，数据收发天线为无线模块E31-TTL-50。无人机为多旋翼无人机。嵌入式板采用Nvidia Jetson TK1。图传发射天线为TS832编码器自带的天线，图传接收天线为CT580编码器自带的天线。

采用上述一种基于嵌入式的无人机遥感图像采集系统进行操作，以完成不同类型画面的获取和图像的采集。具体操作步骤如下：

步骤一：安装设备

根据实际情况选择合适类型的相机，以组成所需的相机组；并将基于嵌入式的无人机遥感图像采集系统组装好，并置于预定的位置。

步骤二：设备通电并启动

对设备通电，并启动无人机飞行，操作无人机按照预定的路线飞行，启动笔记本电脑，启动相机组，并且此时不同类型的相机开始拍摄预设的同一区域的图像。

步骤三：实时传输画面

相机组将采集的画面通过数据采集卡进行数据交换后传输至嵌入式板中，通过编码器编码后，通过图传发射天线发射到图传接收天线；具体地说，每个相机将采集到的画面通过和该相机相连的数据采集卡数据交换，数据采集卡将交换的数据传输至嵌入式板；多个相机的采集的画面的数据均同步传输到嵌入式板，嵌入式板将同步采集到的画面数据同步通过编码器编码后并由图传发射天线发射出去；位于地面的图传接收天线接收到发射出来的图像数据，并通过解码器解码后在笔记本电脑上显示。在本实施例中，相机组包括可见光相机、多光谱相机；可见光相机将实时拍摄的可见光画面通过数据采集卡进行数据交换后传输至嵌入式板，多光谱相机将实时拍摄的多光谱画面通过数据采集卡进行数据交换后传输至嵌入式板，嵌入式板将同一时间点的可见光画面和多光谱画面处理后同时经编码器编码后由图传发射天线发射出去。

步骤四：调整至最佳拍摄效果

根据在笔记本电脑显示的实时拍摄的画面，用户在笔记本电脑输入相关指令并通过地面端的数传天线发射到空中端的数传天线，数传天线接收指令后并传送到嵌入式板，嵌入式板根据对应的指令把相关参数(如无人机实时的经度、纬度、高度等)通过空中端的数传天线发射到地面端的数传天线，地面端的数传天线将数据传送到笔记本电脑上显示，用户根据反馈的数据评估无人机实时飞行时的拍摄效果，如果效果不好，及时调整无人机拍摄的相关参数，以取得最佳拍摄效果；如果效果好，则无需调整。

步骤五：实时保存图像

根据系统预设的飞行路线和预定的地理位置信息，无人机飞行过程中在预定的地理位置拍摄图像时，笔记本电脑调用OpenCV的截图函数直接截取当前电脑屏幕显示的不同类型相机拍摄的实时画面，并把截取的图像数据保存至笔记本电脑。

步骤六：获取多组不同类型的图像

重复步骤三、四、五，操纵无人机飞行多次预定的飞行路线以获得多组不同类型的画面和图像，这些画面和图像可以用于后期的遥感图像预处理、图像拼接、农情分析等。

和传统的获取遥感图像的方法相比，本实用新型能实时监控无人机拍摄效果，能同时一次传输多个拍摄类型的画面，同时获取多个不同类型相机的图像，且遥感图像的画面清晰度为高清。

上述实施例为实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于嵌入式的无人机遥感图像采集系统，其特征在于：包括无人机、相机组、嵌入式板、图像采集卡、可扩展USB插槽、一对数传收发天线、编码器、图传发射天线、解码器、图传接收天线、笔记本电脑；嵌入式板安装在无人机机身上，嵌入式板上安装有存储器；相机组搭载在无人机上；相机组包括多个相机，一个相机与一个图像采集卡相连接，多个图像采集卡与可扩展USB插槽连接，可扩展USB插槽与嵌入式板的串口相连接；一对数传收发天线之间相互发射并接收数据，一对数传收发天线分别与嵌入式板和笔记本电脑相连接；编码器与嵌入式板相连接，图传发射天线与编码器相连接，图传接收天线与解码器相连接，解码器和笔记本电脑连接，笔记本电脑位于地面。

2.根据权利要求1所述一种基于嵌入式的无人机遥感图像采集系统，其特征在于：所述数传收发天线为无线模块E31-TTL-50。

3.根据权利要求1所述一种基于嵌入式的无人机遥感图像采集系统，其特征在于：相机组包括可见光相机、多光谱相机。

4.根据权利要求1所述一种基于嵌入式的无人机遥感图像采集系统，其特征在于：所述无人机为多旋翼无人机。

5.根据权利要求1所述一种基于嵌入式的无人机遥感图像采集系统，其特征在于：所述嵌入式板采用Nvidia Jetson TK1。

6.根据权利要求1所述一种基于嵌入式的无人机遥感图像采集系统，其特征在于：所述图传发射天线为TS832编码器自带的天线，所述图传接收天线为CT580编码器自带的天线。