一种基于旋翼无人机的扫描成像系统的成像方法
【技术领域】
[0001]本发明属于旋翼无人机高光谱成像技术领域，具体涉及一种基于旋翼无人机的扫描成像系统及其成像方法。
【背景技术】
[0002]遥感技术的发展经历了全色(黑白)、彩色摄像，多光谱扫描成像阶段之后，在上世纪80年代初期出现的成像光谱技术，使光学遥感进入了一个崭新的阶段一高光谱遥感阶段。所谓的高光谱遥感指的是具有高光谱分辨率的遥感科学和技术，成像光谱技术所使用的成像光谱仪能在电磁波谱的紫外、可见光、近红外和短波红外区域，获取许多非常窄且光谱连续的图像数据。成像光谱仪为每一个像元提供数十至数百个窄波段的光谱信息，由此而组成一条完整而且连续的光谱曲线。成像光谱仪将视场范围内观察的各种地物以完整的光谱曲线记录下来，而对所记录的数据进行分析处理和研究是多学科所要进行的工作。
[0003]高光谱成像技术是一门新兴的交叉学科，建立在传感器、计算机等技术的基础上，涉及到电磁波理论、光谱学与色度学、物理/几何光学、电子工程、信息学、地理学、农学、大气科学、海洋学等多门学科。电磁波理论则是遥感技术的物理基础，电磁波与地表物质的相互作用机理、电磁波在不同介质中的传输模型和对其进行接收、分析是综合各门学科和技术的核心所在。针对不同地物的不同光谱特征，利用高光谱图像可有效地区分和识别地物，因而被广泛地应用于大气探测、医学诊断、物质分类和目标识别、国土资源、生态、环境监测和城市遥感中。
[0004]高光谱技术原理和成像过程:被测物体通过镜头后被光谱相机捕获，得到一个一维的影像以及相应的光谱信息，而当电控移动平带带动样品连续运行时，则能够得到样品目标物的连续的一维影像以及实时的光谱信息，或者是当扫描转镜在转动的时候，同样也能够得到目标物的连续的一维影像。而在此过程中所有的数据会被计算机软件所记录，最终获得一个包含了影像信息和光谱信息的三维数据立方体。通过对数据的分析，可针对目标样品的品质信息进行检测。
[0005]成像系统是将成像光谱仪和面阵单色相机完整的结合在一起的系统。成像光谱仪每次成目标上一条线的像，并对进入光谱仪狭缝的入射光进行分光，分光使每个光谱成分对应探测器线阵上的一个像素点。因此，每一幅来自光谱相机的图像结构包括一个维度(空间轴)上的线阵像素和在另一个维度(光谱轴)上的光谱分布(光在光谱元素的强度)。这样，经过准确校准并固定在一起成像光谱仪和面阵单色相机、成像镜头以及平移机构带动样品的运动或者通过扫描转镜的转动则可获取目标物的三维的高光谱数据。
[0006]成像光谱仪使用一个新的准直(轴上)光学构造和一个体全息透射光栅。此构造能够提供非常高的衍射效率和很好的线性光谱，而独立的入射光偏振是由于轴上操作引起的几何畸变和透射光学的应用引起的。透射光栅是人造全息在两块玻璃粘板之间的DCG(DiChromated Gelat1n)上的。DCG有很高的衍射效率、较低的色散、较低的多级衍射和不产生鬼线。
[0007]成像过程为:每次成一条线上的像后(X方向)，在驱动电机驱动扫描转镜转动的过程中，排列的探测器扫出一条带状轨迹从而完成纵向扫描(Y方向)。综合横纵扫描信息就可以得到样品的三维高光谱图像数据。此数据包含了:影像、辐射与光谱三方面的特征信息。
[0008]然而，现有的无人机扫描成像系统，都是利用飞行器(无人机)挂载成像仪设备，将飞行器的飞行动作作为成像仪设备的平移机构，当飞行器(无人机)不能够保证足够的平稳，采集的图像就会发生变形，并且在采集的过程中扫描的速度也非常难以把控，导致图像采集的质量差。
【发明内容】
[0009]本发明为了解决现有技术因无人机飞行不平稳而导致图像采集质量差问题，而提供一种基于旋翼无人机的扫描成像系统及其成像方法，利用无人机作为扫描成像系统的载物台，通过无线传输对飞行器进行远程控制，使无人机飞、停至指定区域，推扫型成像光谱仪进行图像采集，从而提高采集图像的质量。
[0010]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:
一种基于旋翼无人机的扫描成像系统的成像方法，该基于旋翼无人机的扫描成像系统包括无人机和控制无人机飞行的控制模块，其特征在于，无人机经三轴无刷云平台连接有扫描成像系统；该基于旋翼无人机的扫描成像系统的成像方法为:
(1)、通过控制模块将无人机悬停至目标区域；
(2)、通过三轴无刷云平台的转动来控制扫描成像系统转动实现对目标区域的扫描或者是通过扫描成像系统本身的转动来实现对目标区域的扫描。
[0011]所述三轴无刷云平台包括与无人机连接的减震盘，所述减震盘的中心设置有第一电机，所述第一电机的输出轴连接有第一连接杆，所述第一连接杆的下端连接有第二电机，所述第二电机的输出轴连接有第二连接杆，所述第二连接杆的左右两端分别连接有第三支杆和第四支杆，所述第三支杆和第四支杆之间铰接有扫描成像光谱仪。
[0012]所述第三支杆连接有第三电机，所述第三电机的输出轴与扫描成像系统的一侧铰接，扫描成像系统的另一侧经销轴与第四支杆连接。
[0013]所述第三支杆和第四支杆均连接有第三电机，所述第三电机的输出轴与扫描成像系统连接。
[0014]所述扫描成像系统包括外壳、成像镜头、成像光谱仪、探测器和控制器；所述成像镜头固定在外壳上，所述成像光谱仪与探测器相连；所述成像光谱仪经固定转接件连接有二维平移机，所述二维平移机包括扫描平移机构和调焦平移机构。
[0015]所述调焦平移机构包括调焦电机，调焦电机连接有调焦电机座，调节电机座连接有一层底座，所述一层底座通过交叉滚珠导轨连接有二层台面；二层台面的顶部通过交叉滚珠导轨连接有台面；所述调焦电机的转动轴通过第一平移驱动轴与二层台面相连接。
[0016]所述扫描平移机构包括扫描电机，扫描电机通过扫描电机座固定在二层台面的侧面；扫描电机的转动轴连接有第二平移驱动轴，第二平移驱动轴与台面连接。
[0017]所述的扫描成像系统包括壳体、成像镜头、成像光谱仪、探测器和控制器；所述成像镜头固定在壳体上，所述成像光谱仪与探测器相连；所述成像镜头的前方配设有转镜组件，所述转镜组件包括转镜电机、转镜机构、蜗轮蜗杆机构及反射机构，转镜电机通过蜗轮蜗杆机构连接转镜机构；转镜机构包括扫描转镜，反射机构包括反射镜，扫描转镜的转动轴与反射镜平行，反射镜的镜面与成像镜头平面呈45度角；蜗轮蜗杆机构包括蜗轮及蜗杆；蜗杆安装在蜗杆架上，蜗杆上设有螺旋齿；蜗轮通过蜗杆转接轮与螺旋齿相连；转镜电机的轴承连接第一皮带轮；蜗杆通过弹性联轴器连接传动轴，传动轴连接第二皮带轮，第二皮带轮和第一皮带轮通过皮带传动。
[0018]所述的反射机构包括装配台、反射镜支架、反射镜框；反射镜框上安装有反射镜，反射镜框通过反射镜支架固定在装配台上；反射镜支架上设置有装配槽，装配槽边缘设置有防滑结构；所述反射镜支架与装配台为活动连接；所述的转镜机构还包括扫描转镜支架、扫描转镜框、上转轴及下转轴；所述扫描转镜安装在扫描转镜框上，所述扫描转镜支架上安装上转轴，所述下转轴连接蜗轮；所述扫描转镜框通过上转轴、下转轴固定在扫描转镜支架与蜗轮之间。
[0019]所述成像镜头配设有调焦组件，所述调焦组件包括固定镜头支架、手动调焦旋钮、平移机构和调焦电机；成像镜头通过固定镜头支架与平移机构连接；调焦电机的轴承通过第一联轴器连接有自动调焦推杆，手动调焦旋钮的转动轴通过第二联轴器连接有手动调焦推杆；第一联轴器和第二联轴器均通过固定件与固定相机底座连接，固定相机底座