低成本的农业航空机载多光谱相机成像与采集系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及农业图像采集的技术领域，特别涉及低成本的农业航空机载多光 谱相机成像与采集系统。
【背景技术】
[0002] 传统农业领域中的采集系统，一般采用线阵CCD，线性CCD能够采集大视野且高精 度的图片，但是，需要较长的时间做后期合成，多光谱图像有多方面的应用，在精细农业的 应用如对作物的营养参数监测研究、作物生长量以及作物受虫害影响等方面中，对多光谱 相机的成像质量有相对高的要求，成像质量主要的技术指标有：图像的几何质量，图像的构 象质量。图像的几何质量主要就是指成像发生的光学畸变，由于遥感图像要求获得的视野 通常比较大，景深范围要求比较广，所以通常会采用焦距比普通摄像头要短的广角摄像头， 而广角摄像头产生的畸变比普通摄像头的更明显，质量较低下的摄像头拍摄到的视野会出 现明显的畸变，不利于后期处理。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种低成本的农业 航空机载多光谱相机成像与采集系统。
[0004] 为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
[0005] -种低成本的农业航空机载多光谱相机成像与采集系统，包括多光谱摄像装置、 无线发射装置、无线接收装置、实时采集装置以及显示装置，所述多光谱摄像装置采集的信 息由无线发射装置发射到无线接收装置，实时采集装置将多光谱摄像装置摄取到的实时信 息发送到显示装置进行显示；所述多光谱摄像装置包括多个独立的摄像头，多个摄像头设 置在一起并集中在一个盒子中，在同一时刻可同时摄取到同一景象的图像。
[0006] 优选的，所述多光谱摄像装置包括4个独立的摄像头，其中三个摄像头中加入滤 光片。
[0007] 优选的，所述多光谱摄像装置包括广角摄像头模块和CCD模块，所述CCD模块设置 在广角摄像头的前方。
[0008] 优选的，所述无线发射装置包括图像调制器、第一混频器、射频放大器以及发射天 线，所述图像调制器、第一混频器、射频放大器以及发射天线顺序连接。
[0009] 优选的，所述无线发射装置为TX-58发射器。
[0010] 优选的，所述无线接收装置包括接收天线、第二混频器、图像解调器以及定向耦合 器，所述接收天线、第二混频器、图像解调器顺序连接，所述定向耦合器和第二混频器连接。
[0011] 优选的，所述无线接收装置为RX-58接收器。
[0012] 优选的，实时采集装置采用QQ-DVR图像采集卡，QQ-DVR图像采集卡支持四路AV信 号实时采集。
[0013] 优选的，所述QQ-DVR图像采集卡采用USB作为输出口。
[0014] 优选的，所述显示装置为电脑或智能手持终端。
[0015] 本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
[0016] 1、本实用新型的系统使用广角摄像头，同时是远距离的拍摄，能获得比较大范围 的景深，所以可以在使用前先将焦距调节好，使用过程中并不需要调焦。
[0017] 2、本实用新型的系统使用模拟无线传输，可用于短距离无线发送接收，且成本极 低。
[0018] 3、本实用新型的系统不需要电源，只需从计算机或集线器提供电源即可，使硬件 系统简化，信号通过USB进入PC后，每一路都可以通过应用程序将数据采集到主机内存中， 也可以通过应用程序将每一路信号进行实时的显示和处理。
【附图说明】
[0019] 图1为本实用新型的结构框图；
[0020] 图2为本实用新型摄像头中焦距和视场的示意图；
[0021] 图3为本实用新型中景深的示意图；
[0022] 图4本实施例中无线收发模块的示意图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施 方式不限于此。
[0024] 实施例
[0025] 如图1所示，本实施例的低成本的农业航空机载多光谱相机成像与采集系统，包 括多光谱摄像装置、无线发射装置、无线接收装置、实时采集装置以及显示装置，所述多光 谱摄像装置采集的信息由无线发射装置发射到无线接收装置，实时采集装置将多光谱摄像 装置摄取到的实时信息发送到显示装置进行显示；所述多光谱摄像装置包括多个独立的摄 像头，多个摄像头设置在一起并集中在一个盒子中，在同一时刻可同时摄取到同一景象的 图像。
[0026] 本实施例中，所述多光谱摄像装置包括4个独立的摄像头，其中三个摄像头中加 入滤光片。所述多光谱摄像装置包括广角摄像头模块和CCD模块，所述CCD模块设置在广 角摄像头的前方。线阵CCD能够采集大视野且高精度的图片，但是，需要较长的时间做后期 合成，而本发明需要地面站能实时接收到摄像机的视野以及实时地保存图片，所以摄像机 的CCD采用了面阵CCD。本实施例中通过几个方面的综合考虑，同时考虑低成本的出发点， C⑶可以选用索尼的ICX694ALG。本实施例中的C⑶靶面大小为15. 99mm，其中横向活跃像 素为2750,有效像素为2258,纵向活跃像素为2200,有效像素2208,总体有效像素为609万 像素。本系统在使用过程中安装在飞行器上，飞行器飞行在20米的高度。通过已知参数， 可以计算出摄像机的其他一些技术指标：
[0027] (1)、焦距与视场：
[0028] 本系统使用广角摄像头，同时是远距离的拍摄，能获得比较大范围的景深，所以可 以在使用前先将焦距调节好，使用过程中并不需要调焦，同时立足于低成本的出发点，本实 用新型发明主要采用了手动对焦。
[0029] 焦距与视场的示意图如图2所示：焦距就是主点到焦点的距离。有物方焦距f与 像方焦距F，在摄像镜头中，物、像空间都是处于相同介质（空气）中，镜头的焦距即指的是 F值，它与景深、分辨率都有关系。对于一个特定距离的目标，可能要求全景图像，看清整个 的环境；也可能只要求局部的，关心细节部分，这就取决于所用的镜头的焦距。对同一距离 的物体，用焦距大的镜头，得到的图像就大，用焦距小的镜头，得到的图像就小。在己知CCD 靶面尺寸1和w、镜头焦距f的情况下，对于一定距离D，可以用下式估算能够看到的场景的 水平尺寸L和垂直尺寸W。
[0032] 在这里粗略的将CXD的形状看成是正方形，即w = 1，则通过上面两个公式，结合已 知量，可以计算出L，W大约等于53米。即这样结构的摄像头可以拍摄到53m*53m的农作物 面积。
[0033] (2)、景深：
[0034] 景深是指在能够聚焦的情况下可观察清晰图像的视场区域。在焦点前后各有一个 容许弥散圆，这两个弥散圆之间的距离就叫景深。在焦点前后，光线开始聚集和扩散，点 的影像变成模糊的，形成一个扩大的圆，这个圆就叫做弥散圆。景深对于固定焦距的航拍 影响很大，景深越大，飞机能灵活飞行的高度范围就越广，这样造成的误差就越小。景深示 意图如图3所示。
[0035] 在拍摄距离大于5倍焦距时，以下公式成立：
[0039] 其中H为摄物体高度，D为物距，w为CCD边长，rl为弥散圆相对大小，F为相机光 圈大小。根据以上公式可以算出弥散圆直径r。得出弥散圆直径后，可以根据以下公式计算 景深大小：
[0041] 最后将参数带入后计算得到L约等于6米。即本系统的景深范围为6米左右，飞 行器能在相对大的范围内飞行。
[0042] (3)、滤光片：
[0043] 确定了相机的摄像头、CCD的参数之后，