一种艇载多光谱高清对地观测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种艇载多光谱高清对地观测装置，通过对大面阵图像对多光谱配准图像进行校正，并提取出有用的观测信息，可满足牧场状况监测与变化检测、生态环境与生态灾害监测、数字化城市、水文环境、人居环境等多个侧面动态监测的需求，属于对地观测领域。
【背景技术】
[0002]传统的用于艇载的对地观测装置，只用一个数码相机，通过设定一定的时间间隔获取地面的序列图像，然后通过序列图像的配准生成大面积图像，这种方式只能满足简单测绘的要求，且对于图像配准的质量主要以人工评价为主。而对于有特殊要求如水质检测、牧草的病虫害检测、牧草的营养成分检测、牧草的长势检测等，通过简单的数码相机获取的图像无论从图像配准质量和需要监测的对象上都无法满足需求。迫切需要一种不仅能够获取植被、水的光谱信息，还能对多光谱图像配准质量进行检校的大面阵高清图像获取的艇载多光谱高清对地观测装置。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题为:面对传统艇载设备无法用于牧场状况监测与变化检测、生态环境与生态灾害监测、水文环境等多个侧面动态监测的难题，提出一种艇载多光谱高清对地观测装置。
[0004]本发明采用的技术方案为:一种艇载多光谱高清对地观测装置，该装置包括减震单元、多光谱成像单元、高清成像单元、高清相机触发单元、惯性测量单元、图像存储单元、供电转换单元和上位机单元；
[0005]所述减振单元是整个装置的对外连接和各单元的安装平台，包括带有用来安装除上位机单元外其它单元的安装底板、为降低因驱动系统振动而影响图像质量的减振器和承重底板；
[0006]所述多光谱成像单元负责地面多光谱图像的获取，包括用来固定四台相机的相机固定架、图像传感器和带有滤波片的镜头；
[0007]所述的高清成像单元负责大幅面图像的获取，包括用来固定哈苏相机的高清相机固定架、哈苏相机、镜头；
[0008]所述高清相机触发单元利用从惯性测量单元接收到的秒脉冲信号触发高清相机进行拍摄，并记录采集时的位姿信息；
[0009]所述惯性测量单元的负责位姿信息和PPS秒脉冲的提供，并通过输出PPS脉冲信号和NMEA协议数据传导给图像存储单元和高清相机触发单元，修正图像存储单元内部时钟，包括MU、GPS天线；
[0010]所述图像存储单元为同时可以接收4路多光谱图像的无压缩存储器，并通过接收PPS秒脉冲，记录每帧图像的位姿信息；
[0011]所述供电单元，是给整个对地观测装置的用电模块供电，全部是DC/DC模块；供电单元通过不同接口给多光谱成像、高清成像单元、高清相机触发单元、惯性测量单元、图像存储单元、上位机单元供电；
[0012]所述上位机单元通过串口接收惯性测量单元的输出位置和姿态数据，并控制惯性测量单元和图像存储单元进行数据的采集和调试。
[0013]进一步的，所述的减振单元，安装底版由硬铝加工而成，并在其上加工了很多孔；减振器是钢丝绳减振器，在其上有四个螺栓孔，对外安装的螺纹孔间距是168mm，钢丝绳的直径是5mm，高度是60mm;承重底版由硬铝加工而成，四个对角的八个沉孔用来安装减振器。
[0014]进一步的，所述的多光谱成像单元，四台相机固定架由硬铝加工而成，在四周有八个长孔，圆弧的直径是5mm，底面有12个直径4.5的孔；图像传感器为日立公司的KP-F120CL黑白图像传感器，分辨率为:1392*1040，CCD靶面2/3英寸，帧频30帧；镜头为腾龙镜头，定焦镜头，镜头结构C 口，滤镜口径，M30.5P = 0.5mm，最大光圈22，最小光圈14，焦距 16mm ；Midwest 滤镜，共有 BP365-30.5，BP465-30.5，BP550-30.5，BP650-30.5。
[0015]进一步的，所述的高清成像单元，相机固定架由硬销加工而成，总共八个零件，组装到一起，底面有12个直径4.5的孔；哈苏相机，是哈苏H3DI1-39，传感器:44.2*33.1mm，有效像素:3900万；显不屏尺寸:3英寸；显不屏像素:TFT液晶屏；连拍速度:1.4张/秒；快门速度:32-1/800秒T门，B快门长时曝光；电池类型:1850mAh锂电池盒，包含3XCR-123锂电池；续航能力:约拍摄250幅；镜头为HC80/2.8镜头，该镜头是H系列的标准镜头，可确保极好的颜色校正，均匀的像场和低失真，大口径便于在弱光下拍摄。
[0016]进一步的，所述的高清相机触发单元，包含一个串口，一个SD卡槽，一个3.5mmTRS接口。
[0017]进一步的，所述的GPS为是一款双频双系统天线，型号为ANT-42GNSSA-TW，可接收GPS Ll/L2/L5/L-band 及 GLONASS L1/L2，航空 743 标准，白色，TNC 连接器。
[0018]进一步的，所述的IMU是SPAN-CPT，一体式封装的GPS+INS系统，内置NovAtel高性能GPS板卡和IMU’ IMU由光纤陀螺(FOG)和微机电系统MEMS加速度计组成，SPAN-CPT可用的定位模式包括单点、SBAS、L-band(OmniSTAR和⑶GPS)和RTK方式，支持零速修正ZUPT，可选多种定位模式(SBAS、L-band, RTK)，10Hz数据更新率，MTBF>10，000小时，接口一个串口，一个PPS秒脉冲接口。
[0019]进一步的，所述的图像存储单元是一种并行的四路图像存储系统，存储器的大小2048G，有四个CAMlink接口，授时接口 ；所述的供电单元输入DC24V，输出一路DC19V，5A ；5路 DC12V，2A ;一路 DC7.2V，2A。
[0020]进一步的，所述上位机为至少具有一个串口或是USB接口，3个ESATA接口，系统内存大于2GB，显卡内存大于256M，支持Windows XP操作系统的笔记本电脑。电脑中至少安装有惯性测量导航软件。
[0021]进一步的，上位机单元及控制软件实现过程如下:
[0022]步骤I)、首先给惯性测量单元、多光谱成像单元供电、高清成像单元、高清相机触发单元，和图像存储单元上电，然后再给上位机单元供电，这时图像存储单元的面板上给出设备工作是否正常的指示；
[0023]步骤2)、打开上位机惯性测量软件，看惯性测量单元是否快速对准成功；
[0024]步骤3)、打开Coreview软件，配置相机参数和授时的时钟源，开始采集图像；
[0025]步骤4)、当惯性测量单元对准成功后，pps秒脉冲信后会传给高清相机触发单元，这时会听到继电器吸合的声音，高清相快门的声音也会出现，表示高清成像单元工作正常；
[0026]步骤5)、上位机单元中的配准软件对采集的多光谱图像配准，配准的方法利用Opcv中已有的算法，并以高清同一位置的图像对高光谱配准的图像进行校正，以提高配准的精度。
[0027]本发明与现有技术相比的优点在于:
[0028](I)解决了传统艇载的对地观测装置，只用一个数码相机，通过设定一定的时间间隔获取地面的序列图像生成大面积图像时，其配准效果的评价问题。
[0029](2)通过获得的多光谱、高清图像可以满足水质检测、牧草的病虫害检测、牧草的营养成分检测、牧草的长势检测等问题。
【附图说明】
[0030]图1为本发明一种艇载多光谱高清对地观测装置的系统结构图；
[0031]其中，图1，1-减振单元、2-多光谱成像单元、3-高清成像单元、4-高清相机触发单元、5-惯性测量单元、6-图像存储单元、7-供电转换单元及8-上位机单元。
[0032]图2为本发明一种艇载多光谱高清对地观测装置获取的多光谱图像；
[0033]其中，(a)单波段蓝色:450nm，(b)单波段绿色:550nm，(c)单波段红色:650nm，(d)单波段红外:800nm ；
[0034]图3为本发明一种艇载多光谱高清对地观测装置获取的合成结果；
[0035]图4为本发明一种艇载多光谱高清对地观测装置获取的多光谱图像配准结果；
[0036]图5为本发明一种艇载多光谱高清对地观测装置利用高清图像对多光谱图像的校准结果。
【具体实施方式】
[0037]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0038]如图1所示，一种艇载多光谱高清对地观测装置该装置，包括减震单元1、多光谱成像单元2、高清成像单元3、高清相机触发单元4、惯性测量单元5、图像存储单元6、供电转换单元7和上位机单元8，其中:
[0039]减振单元I是整个装置的对外连接和各单元的安装平台，包括带有用来安装除上位机单元8外其它单元的安装底板、为降低因驱动系统振动而影响图像质量的减振器和承重底板。安装底版由硬铝加工而成，并在其上加工了很多安装孔。减振器是钢丝绳减振器，在其上有四个螺栓孔，对外安装的螺纹孔间距是168mm，钢丝绳的直径是5mm，高度是60mm。承重底版由硬铝加工而成，四个对角的八个沉孔用来安装减振器。
[0040]多光谱成像单元2主要进行地面多光谱图像的获取，包括用来固定四台相机的相机固定架、图像传感器和带有滤波片的镜头。四台相机固定架由硬铝加工而成，四周有16个长孔，圆弧的直径是5_，用来固定相机，底面有12个直径4.5的孔，用来将四台相机的固定架固定在安装底板上。图像传感器为日立公司的KP-F120CL黑白图像传感器，分辨率为:1392*1040，CCD靶面2/3英寸，帧频30帧。镜头为腾龙镜头，定焦镜头，镜头结构C口，滤镜口径，M30.5P = 0.5mm，最大光圈22，最小光圈14，焦距16mm。Midwest滤镜，共有BP365-30.5，BP465-30.5，BP550-30.5，BP650-30.5。
[0041]高清成像单元3主要负责大幅面高清图像的获取，包括用来固定哈苏相机的高清相机固定架、哈苏相机、镜头。高清相机固定架由硬铝加工而成，总共八个零件，组装到一起，底面有12个直径4.5的孔，侧面的孔两个孔用来固定哈苏相机。相机是哈苏H3DI1-39，传感器尺寸:44.2*33.1mm，有效像素:3900万，显示屏:3英寸，TFT液晶屏，连拍速度:每秒1.4张，快门速度:32-1/800秒T门，B快门长时曝光，电池类型:1850mAh锂电池盒(3XCR-123锂电池);续航能力:约拍摄250幅。镜头为HC80/2.8镜头。该镜头是H系列的标准镜头，可确保极好的颜色校正，均匀的像场和低失真，大口径便于在弱光下拍摄。
[0042]高清相机触发单元4利用从惯性测量单元接收到的秒脉冲信号触发高清相机进行拍摄并记录采集时的位姿信息，包含一个串口，一个SD卡槽，一个3.5mmTRS接口。
[0043]惯性测量单元5的主要负责位姿信息和PPS秒脉冲的提供，并通过输出PPS脉冲信号和NMEA协议数据传导给图像存储单元6和高清相机触发单元4，修正图像存储单元内部时钟。GPS为是一款双频双系统天线，型号为ANT-42GNSSA-TW，可接收GPS L1/L2/L5/L-band及GLONASS L1/L2，航空743标准，白色，TNC连接器。MU是SPAN-CPT。一