CN217384242U - 一种复眼光谱装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种复眼光谱装置，该复眼光谱装置包括复眼光谱采集器、光学处理器和后处理器，所述复眼光谱采集器与所述光学处理器电性连接，所述后处理器与所述光学处理器电性连接；所述复眼光谱采集器上设置有若干个透镜，若干个透镜中的每一个透镜设置有光学处理器所述后处理器设置在所述复眼光谱采集器内。本实用新型提供的复眼光谱装置，具有视场大、结构紧凑、灵敏度高、可多孔径同时探测运动目标等优点，在小型无人机高空对地广域探测、目标定位与跟踪等领域有很大的应用前景。

Description

一种复眼光谱装置

技术领域

本实用新型涉及无人机航拍领域，具体涉及到一种复眼光谱装置。

背景技术

在无人机的大视场成像领域，传统的单孔径系统视场小，地面成像幅宽较窄，同时对无人机飞行稳定性要求高，所获取到的图像信息拼接难度大，不适用于无人机高效航拍作业的成像需求；阵列相机虽然可以满足大视场成像的需求并且获得拍摄目标的三维成像信息，但是阵列相机具有结构复杂、体积庞大、不能实际部署在小型无人机上等缺点。因此，提出一种复眼光谱装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种复眼光谱装置，基于多个透镜对图像采集，能够准确定位目标距离。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种复眼光谱装置，所述复眼光谱装置包括复眼光谱采集器、光学处理器和后处理器，所述复眼光谱采集器与所述光学处理器电性连接，所述后处理器与所述光学处理器电性连接；

所述复眼光谱采集器上设置有若干个透镜，若干个透镜中的每一个透镜设置有光学处理器，所述后处理器设置在所述复眼光谱采集器内。

本实用新型的优选方案，所述若干个透镜分布在所述复眼光谱采集器的表面。

本实用新型的优选方案，所述复眼光谱采集器呈半球形主体。

本实用新型的优选方案，所述若干个透镜均匀分布在所述半球形主体上。

本实用新型的优选方案，所述半球形主体中心位置的透镜为正五边排布，半球形主体其他部位的透镜为正六边形排布。

本实用新型的优选方案，所述透镜为曲面透镜镜头。

本实用新型的优选方案，所述光学处理器包括光学镜装置和光学传感器，所述光学传感器设置在所述光学镜装置的下方，所述曲面透镜镜头设置在所述光学镜装置的上方。

本实用新型的优选方案，所述光学传感器为CMOS光学传感器。

本实用新型的优选方案，所述若干个透镜的数目为142个。

本实用新型的优选方案，所述光学处理器采用电荷耦合器材。

本实用新型实施例提供的复眼光谱装置及无人机，通过复眼光谱采集器的半球状设计，若干个透镜增加了镜头的广度来拍摄的增广图像信息，不仅可减少图像的拍摄次数，也可减少图像后期拼接的计算复杂度。若干个透镜通过多俯角光谱信息的收集，结合光学处理器的滤波处理，拓展单一图像所显示信息的广度并减少随机信息对图像质量的影响，进而最大限度的减轻无人机的飞行抖动对图像信息采集的影响。后处理器通过半球状上的六个透镜结合最小二乘算法的图片数据定位算法，以减少无人机记载设备对于GPS信息的依赖，降低无人机在信号不良的山地地区对于所采集素材的定位信息的收取难度，具有良好的便利性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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它的附图。

图1是本实用新型实施例中的复眼光谱装置的结构示意图。

图2是本实用新型实施例中的复眼光谱装置的结构连接示意图。

图3是本实用新型实施例中的复眼光谱采集器结构示意图。

图4是本实用新型实施例中的复眼光谱装置定位与测距的原理图。

图中标识：11-复眼光谱采集器，111-透镜，12-光学处理器，121-光学镜装置，1211-第一凹镜，1212－第一凸镜，1213－第二凹镜，1214－双弧面镜，1215－第三凹镜，1216－第二凸镜，122-光学传感器，13-后处理器，2-入射光线。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例

图1示出了本实用新型实施例中的复眼光谱装置的结构示意图，图2示出了本实用新型实施例中的复眼光谱装置的结构连接示意图，图3示出了本实用新型实施例中的复眼光谱采集器结构示意图。所述复眼光谱装置包括复眼光谱采集器11、光学处理器12和后处理器13，所述复眼光谱采集器11与所述光学处理器12电性连接，所述后处理器13与所述光学处理器12电性连接；复眼光谱采集器11用于采集图像信息，所述光学处理器12用于对图像进行滤波处理减少飞行器非主观抖动对图像信息的影响并对图像由于复眼设计所造成的畸变进行矫正，后处理器13用于对地面目标进行定位。具体的，所述复眼光谱采集器11上设置有若干个透镜111，若干个透镜111中的每一个透镜111设置有光学处理器12，所述后处理器13设置在所述复眼光谱采集器11内。

需说明的是，所述复眼光谱采集器11呈半球形主体，所述若干个透镜111分布在所述复眼光谱采集器11的表面。即所述若干个透镜111均匀分布在所述半球形主体的表面上。所述半球形主体中心位置的透镜111为正五边排布，半球形主体其他部位的透镜111为正六边形排布，所述若干个透镜111的数目为142个。复眼光谱采集器11基于半球体构架，透镜111根据昆虫复眼排布的生物学特性组织排列在半球体构架表面，复眼光谱采集器11通过这种方式进而最大限度的保证信息的收集广度，减少摄像头移动带来的图像抖动，减少后处理的难度，提升图像质量。

光学处理器12设置在若干个透镜111中的每一个透镜111中，拟基于复眼光谱采集器11的仪器排布规律，结合光学ZEMAX软件设计合理的不同类型光学镜片的排布方式，使得图像采集信息最终变为一个凸透镜111的平面输出，在保证输入信息和输出的一致性的同时保证图像的可读性。具体的，所述光学处理器12采用电荷耦合器材，电荷耦合器材将光学信号转化成数字信号，进而通过预编程的光学处理器12将数字信号处理成可用于输出的图片信息并同时设计合理的滤波算法对图像进行滤波处理，减少飞行器非主观抖动对图像信息的影响，并对图像由于复眼设计所造成的畸变进行矫正，提升图像质量。

需要说明的是，所述透镜111为曲面透镜镜头。所述光学处理器12包括光学镜装置121和光学传感器122，所述光学传感器122设置在所述光学镜装置121的下方，所述曲面透镜镜头设置在所述光学镜装置121的上方。所述光学传感器122为CMOS光学传感器122，光学传感器122将光学信号转化成数字信号。具体的，光学镜装置121中具有多个凹凸镜，光学镜装置121能将穿过曲面透镜镜头各个方向的入射光线2汇聚至光学传感器122上。复眼光谱采集器11采集的图像通过曲面透镜镜头形成入射光线2，入射光线2在光学镜装置121中的多个不同凹凸镜上折射，最终汇聚至光学传感器122。

光学镜装置121包括第一凹镜1211、第一凸镜1212、第二凹镜1213、双弧面镜1214、第三凹镜1215和第二凸镜1216，按照第一凹镜1211、第一凸镜1212、第二凹镜1213、双弧面镜1214、第三凹镜1215和第二凸镜1216的顺序连接，光学镜装置121基于第一凹镜1211、第一凸镜1212、第二凹镜1213、双弧面镜1214、第三凹镜1215和第二凸镜1216的结构将曲面透镜镜头上各个方向的入射光线2汇聚至光学传感器122；其中，第一凹镜1211、第二凹镜1213和第三凹镜1215的一侧为平面，另一侧为凹面，且第一凹镜1211、第二凹镜1213以及第三凹镜1215平面的一侧面向透镜；第一凸镜1212和第二凸镜1216的一侧为平面，另一侧为凹面，且第一凸镜1212以及第二凸镜1216平面的一侧面向透镜；双弧面镜1214的一侧连接在第二凹镜1213的凹面上。光学镜装置121基于多个不同的凹镜和凸镜能够将光线汇聚至光学传感器122，凹镜将光线汇聚，凸镜将光线发散，通过多个凹镜以及凸镜的对光线的汇聚与发散能减少飞行器非主观抖动对图像信息的影响。

后处理器13基于复眼光谱采集器11的半球形设计不仅可以得到大视角图像进而提升镜头的广度，同时由于其信息包含各个光谱仪的排列角度，也可以对地面目标进行定位，进而减少对GPS的依赖。具体的，拟首先根据摄像头的位置，采集不同角度以及位置的光谱图像素材，则通过半球面上的透镜111采集不同角度以及位置的光谱图像素材。其次建立拉格朗日坐标系，根据目标位置在不同光谱仪上的投影位置的不同，依据三维空间的李群变换，求解目标位置在拉格朗日坐标系下的位置。最后，根据地理信息，将朗格朗日坐标系下的位置转化为地理位置，进而最大限度的减少对于GPS系统的依赖，以利于在无信号的山地、丘陵地区的信息采集和收集工作。

图4示出了本实用新型实施例中的复眼光谱装置定位与测距的原理图。如图4所示，复眼光谱装置的1－6号透镜111为1组的6个透镜111可实现对于观测目标的空间定位。假设目标a和目标b在o－xyz坐标系下的坐标分别为(x_a，y_a,z_a)和(x_b，y_b,z_b)，且a、b两者之间相距为L，分别以每个透镜111中心为原点建立空间坐标系o_k－x_ky_kz_k，x∈{1，2，3，4，5，6}。假设各个透镜111在o－xyz坐标下与目标a之间的方向向量为

结合透镜111中心与x轴和z轴的夹角以及半球形采集器的半径r可以确定各个透镜111中心坐标在o－xyz坐标系下的坐标

已知各透镜111在o－xyz坐标下的坐标(x_k,y_k,z_k)和透镜111与目标a之间的方向向量

故可以由(x_k,y_k,z_k)和

得到空间直线l_1a、l_2a、l_3a、l_4a、l_5a、l_6a的方程。

由图3所知各透镜111与目标a之间形成的光线在空间中相交与目标点a。故可以联立空间直线l_1a、l_2a、l_3a、l_4a、l_5a、l_6a的方程得到目标点a在o－xyz坐标系下的坐标。若再结合o点的GPS定位信息并经过空间坐标转换就可以推理出目标a的精确定位信息，目标b的空间定位信息也可以以相同的方式求得，结合目标a、b之间的空间定位信息则可以求出两者之间的距离L。

本实用新型实施例提供的复眼光谱装置，通过复眼光谱采集器11的半球状设计，若干个透镜111增加了镜头的广度来拍摄的增广图像信息，不仅可减少图像的拍摄次数，也可减少图像后期拼接的计算复杂度。若干个透镜111通过多俯角光谱信息的收集，结合光学处理器12的滤波处理，拓展单一图像所显示信息的广度并减少随机信息对图像质量的影响，进而最大限度的减轻无人机的飞行抖动对图像信息采集的影响。后处理器13通过半球状上的六个透镜111结合最小二乘算法的图片数据定位算法，以减少无人机记载设备对于GPS信息的依赖，降低无人机在信号不良的山地地区对于所采集素材的定位信息的收取难度，具有良好的便利性。该复眼光谱装置，具有视场大、结构紧凑、灵敏度高、可多孔径同时探测运动目标等优点。

以上对本实用新型实施例进行了详细介绍，本文中应采用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种复眼光谱装置，其特征在于，所述复眼光谱装置包括复眼光谱采集器、若干个光学处理器和后处理器，所述复眼光谱采集器与所述若干个光学处理器电性连接，所述后处理器与所述光学处理器电性连接；

所述复眼光谱采集器上设置有若干个透镜，若干个透镜中的每一个透镜设置有光学处理器，所述后处理器设置在所述复眼光谱采集器内。

2.根据权利要求1所述的复眼光谱装置，其特征在于，所述若干个透镜分布在所述复眼光谱采集器的表面。

3.根据权利要求1所述的复眼光谱装置，其特征在于，所述复眼光谱采集器呈半球形主体。

4.根据权利要求3所述的复眼光谱装置，其特征在于，所述若干个透镜均匀分布在所述半球形主体上。

5.根据权利要求3所述的复眼光谱装置，其特征在于，所述半球形主体中心位置的透镜为正五边排布，半球形主体其他部位的透镜为正六边形排布。

6.根据权利要求1所述的复眼光谱装置，其特征在于，所述透镜为曲面透镜镜头。

7.根据权利要求6所述的复眼光谱装置，其特征在于，所述光学处理器包括光学镜装置和光学传感器，所述光学传感器设置在所述光学镜装置的下方，所述曲面透镜镜头设置在所述光学镜装置的上方。

8.根据权利要求7所述的复眼光谱装置，其特征在于，所述光学传感器为CMOS光学传感器。

9.根据权利要求1所述的复眼光谱装置，其特征在于，所述若干个透镜的数目为142个。

10.根据权利要求1所述的复眼光谱装置，其特征在于，所述光学处理器采用电荷耦合器材。

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