一种基于高光谱成像的像移补偿装置

本技术属于航拍，尤其涉及一种基于高光谱成像的像移补偿装置。

背景技术：

1、高光谱相机从硬件上结合了相机和光谱仪，能够同时获得物体的照片以及内部光谱信息。所述照片是指物体表面的图像信息，属于可见光频率范围，所述内部光谱是指物体内部的发出的光谱，其波长通常大于可见光，例如红外等。高光谱相机能够同时支持至少上百的波段数量，相比传统的多光谱相机其支持的波段数量显著增加，能同时获得物体更多波段上的光谱信息。

2、目前，有高光谱相机被用于航拍，以获得地面植被以及土壤矿石水质等光谱信息，由于飞行器距离地面比较高，因此对于光谱成像的分辨率要求比较高。高光谱相机需要支持的波段数量很多，需要一定的进光量和曝光时间，同时，由于航拍时高光谱相机与地面有相对速度，成像像移较为严重，如何减少像移是一个重要问题。

3、现有技术中，有采用机械式像移补偿机构的技术方案，也即，将高光谱相机通过像移补偿机构安装在飞行器下，并且在拍摄时，所述像移补偿机构将高光谱相机向飞行器航向相反方向移动，但是，现有像移补偿机构通过等径共轭凸轮机构传动，结构复杂，难以提供准确稳定的移动速度。

技术实现思路

1、本技术提供了一种基于高光谱成像的像移补偿装置，可以解决如何使得高光谱相机准确稳定向后移动的问题。

2、一种基于高光谱成像的像移补偿装置，其特征为，包括导轨、导轮、轮轴、支架，所述导轨有两条，平行安装在飞行器下，所述导轮有四个，所述四个导轮呈矩形分布在所述导轨上，其中，前方两个导轮由轮轴相连，后方两个导轮也由轮轴相连，所述导轮由电机驱动，能够在导轨上移动，所述电机为单轴电机，其轴连接到左方或右方的导轮上，驱动左右两方的导轮同时移动，所述支架连接前后轮轴，所述支架能够随着四个导轮的移动而移动，所述支架下有相机安装端，高光谱相机能够通过所述相机安装端安装在支架下，并且随着支架的移动而移动，所述装置上还安装有电源，所述电源为电机输入电力。

3、有益效果是，将导轨当成地面，将轮子与高光谱相机当做车子，本发明整体上相当于一辆车子在地面上行走(区别是本发明导轮是倒挂在导轨上)，其速度取决于轮子的转速，只要避免导轮与导轨的相对滑动，即可准确稳定的控制高光谱相机的移动速度；由于高光谱相机相对于普通相机重量和体积较大，采用传统的等径共轭凸轮机构等传动方式容易导致传递速度损耗，本发明直接由电机驱动导轮，省去了传动齿轮或链条的结构，增加了驱动效率，速度控制精确可靠，更进一步地，所述轮轴与导轮是固定连接的，所述轮轴即为电机的轴，所述电机与支架相连，所述电机只需驱动轮轴即可同时驱动左右两方导轮，驱动更加简单可靠。此外，所述支架、高光谱相机的重力全部施加在所述导轮上，使得所述导轮与导轨的接触更为紧密，能在一定程度上避免导轮与导轨的相对滑动。所述装置自带电源，无需飞行器输入电力，整体结构简洁，避免了导线影响所述装置的移动。需要说明的是，本发明特别适用于高光谱相机，同时也适用普通相机，将之替换为普通相机，同样属于本发明保护范围。

4、按照百度百科的定义，飞行器是在大气层内或大气层外空间(太空)飞行的器械，本发明所述飞行器包括两类：航空器、航天器，其中，在大气层内飞行的称为航空器，如气球、飞艇、飞机(包括无人机)等；在太空飞行的称为航天器，如人造地球卫星、载人飞船、空间探测器、航天飞机等。本发明所述前后方向是飞行器航向的前后方向，自然，两边的左右方向即是人面向飞行器的前进方向时的左右手方向。

5、还包括四个夹轮、夹紧端，分别安装在所述导轨下，且与四个导轮的位置相对，所述四个夹轮前后同样通过轮轴相连，所述导轨上下对应的轮轴通过夹紧端相连，所述夹紧端夹紧上下轮轴。

6、有益效果是，所述夹轮能进一步稳定导轮的移动，避免导轮在导轨上滑动导致速度损耗。当然，本发明的导轮和夹轮也可均设置为两个，只是移动稳定性会变差，但属于简单替换，均属于本发明保护范围。

7、所述装置上还安装有无线模块，所述无线模块接收飞行器主机的控制信号，并控制所述导轮转速和高光谱相机拍摄时间。

8、有益效果是，采用无线方式与有线相比，整体结构简洁，避免了导线影响所述装置的移动。优选地，待导轮转速稳定后再启动高光谱相机拍摄，避免导轮启动初期转速不稳，导致像移较大。

9、所述电机安装在支架内，驱动轮轴使得导轮旋转，使得支架和相机移动；所述电机数量为一个，驱动导轨上的一条轮轴。

10、有益效果是，只需要一个电机即可同步驱动左右两边的导轮，使得左右前进速度保持一致，移动速度稳定。如果是多个电机，则还要考虑电机之间的启动以及速度误差，会影响移动速度的准确性。

11、所述导轨外侧高于内侧，导轮位于内侧上，导轮外侧被导轨外侧抵住。

12、有益效果是，导轨外侧抵住导轮外侧，防止导轮移动方向产生偏离，保持移动稳定。当然，如果像火车轮子一样，设置导轮内侧高于外侧，同样防止导轮偏离导轨，属于常规替换，均属于本发明保护范围。

13、一种基于高光谱成像的像移补偿装置，其特征为，包括导轨、导轮、轮轴、支架，所述导轨有两条，平行安装在飞行器下，所述导轮有四个，所述四个导轮呈矩形分布在所述导轨上，其中，前方两个导轮由轮轴相连，后方两个导轮也由轮轴相连，所述导轮由电机驱动，能够在导轨上移动，所述电机为单轴电机，其轴连接到左方或右方的导轮上，驱动左右两方的导轮同时移动，所述支架连接前后轮轴，所述支架能够随着四个导轮的移动而移动，所述支架下有相机安装端，高光谱相机能够通过所述相机安装端安装在支架下，并且随着支架的移动而移动，还包括电极圈、导电轨，所述电极圈有两个，分别位于左右夹轮上的外周，分别与电机电力输入的正负极电相连，所述导电轨也有两条，分别位于两条导轨下，与所述电极圈相接触，其同时所述导电轨与飞行器的电源相连，能够为所述电机输入电力。

14、有益效果是，将导轨当成地面，将轮子与高光谱相机当做车子，本发明整体上相当于一辆车子在地面上行走(区别是本发明导轮是倒挂在导轨上)，其速度取决于轮子的转速，只要避免导轮与导轨的相对滑动，即可准确稳定的控制高光谱相机的移动速度，本发明直接由电机驱动导轮，避免采用等径共轭凸轮机构等传动方式导致传递速度损耗，速度控制自然准确稳定。此外，所述支架、高光谱相机的重力全部施加在所述导轮上，使得所述导轮与导轨的接触更为紧密，能在一定程度上避免导轮与导轨的相对滑动。所述电机直接利用飞行器的电源，避免了自带电源而带来的重量问题，且所述夹轮与导轨的接触处实现了电力的输入，无需任何导线，避免导线影响高光谱相机的移动，使得本发明整体结构简单，移动速度稳定。需要说明的是，本发明特别适用于高光谱相机，同时也适用普通相机，将之替换为普通相机，同样属于本发明保护范围。

15、还包括四个夹轮、夹紧端，分别安装在所述导轨下，且与四个导轮的位置相对，所述四个夹轮前后同样通过轮轴相连，所述导轨上下对应的轮轴通过夹紧端相连，所述夹紧端夹紧上下轮轴。

16、有益效果是，所述夹轮能进一步稳定导轮的移动，避免导轮在导轨上滑动导致速度损耗。当然，本发明的导轮和夹轮也可均设置为两个，只是移动稳定性会变差，但属于简单替换，均属于本发明保护范围。

17、所述装置上还安装有无线模块，所述无线模块接收飞行器主机的控制信号，并控制所述导轮转速和高光谱相机拍摄时间。

18、有益效果是，采用无线方式与有线相比，整体结构简洁，避免了导线影响所述装置的移动。优选地，待导轮转速稳定后再启动高光谱相机拍摄，避免导轮启动初期转速不稳，导致像移较大。

19、所述电机安装在支架内，驱动轮轴使得导轮旋转，使得支架和相机移动；所述电机数量为一个，驱动导轨上的一条轮轴。

20、有益效果是，只需要一个电机即可同步驱动左右两边的导轮，使得左右前进速度保持一致，移动速度稳定。如果是多个电机，则还要考虑电机之间的启动以及速度误差，会影响移动速度的准确性。

21、所述导轨外侧高于内侧，导轮位于内侧上，导轮外侧被导轨外侧抵住。

22、有益效果是，导轨外侧抵住导轮外侧，防止导轮移动方向产生偏离，保持移动稳定。当然，如果像火车轮子一样，设置导轮内侧高于外侧，同样防止导轮偏离导轨，属于常规替换，均属于本发明保护范围。

23、所述装置的方法，包括如下步骤：

24、将高光谱相机通过像移补偿装置安装在飞行器下，并且在拍摄时，所述像移补偿装置将高光谱相机向飞行器航向相反方向移动；

25、拍摄时，降低飞行器的速度，具体而言，以地面为参考系，拍摄前，设飞行器与高光谱相机保持相对静止，两者速度均为v，飞行器质量为m，高光谱相机的质量为m，所述m＞m，拍摄时，由于高光谱相机向后移动，高光谱相机与飞行器的相对速度为|v|，根据动量守恒，飞行器航速会增加△v，有m(v+△v)+m△v＝(m+m)v，得出△v＝mv/(m+m)，因此，飞行器的速度降低mv/(m+m)，能够使得高光谱相机与地面保持相对静止；

26、拍摄时，飞行器的速度保持为v。

27、有益效果是，现有技术通常忽略了拍摄瞬间的动量守恒问题，也即，现有技术像移补偿装置将高光谱相机与飞行器的相对速度控制为|v|时，由于拍摄瞬间高光谱相机的后移，飞行器的速度不在是v，而是会增加，因此，相对速度|v|并不能使得高光谱相机与地面保持相对静止，拍摄成像仍然有像移，本发明提出并解决了拍摄瞬间飞行器速度变化问题，将飞行器的速度降低mv/(m+m)，且拍摄时飞行器的速度保持为v，使得所述高光谱相机与地面保持相对静止，能够进一步减少像移。需要说明的是，由于拍摄时曝光时间很短，飞行器的速度难以精确降低mv/(m+m)，但是至少是需要降低的，并且可根据理论和实验确定降速方案，以尽量接近所述mv/(m+m)。需要说明的是，本发明特别适用于高光谱相机，同时也适用普通相机，将之替换为普通相机，同样属于本发明保护范围。

28、拍摄完后，所述像移补偿装置将高光谱相机复位到拍摄前的位置，等待下一次拍摄。

29、有益效果是，由于高光谱相机与飞行器之间的相对速度方向在一直线上，像移补偿装置其长度有限，不可能长时间保持所述相对速度，只要每次拍摄完后，所述像移补偿装置将高光谱相机复位到拍摄前的位置，即可等待下一次拍摄。

30、拍摄的是照片，且所述像移补偿装置的长度与所述相对速度的比值要大于所述高光谱相机的曝光时间。

31、有益效果是，由于高光谱相机与飞行器之间的相对速度方向在一直线上，像移补偿装置其长度有限，一次移动能够拍摄的照片数量有限，如果所述像移补偿装置的长度与所述相对速度的比值要大于所述高光谱相机的曝光时间，则一次移动至少能够拍摄一张照片。

32、拍摄时，飞行器的航向与水平面平行，且其速度在一直线上。

33、有益效果是，飞行器的航向与水平面平行，能够避免飞行器俯仰角度产生的重力变化影响像移补偿装置运行的稳定，其速度在一直线上，能够避免拍摄时角度变化带来像移。