本发明涉及高光谱扫描成像技术领域，特别涉及一种基于滚动式扫描的高光谱成像装置。
背景技术：
扫描成像是依靠探测元件和扫描镜头对目标地物以瞬时视场为单位进行的逐点、逐行取样，以得到目标地物电磁辐射特性信息，进而形成一定谱段的图像。
现有的高光谱扫描方式多为推扫式扫描、光机扫描以及凝视成像。推扫型成像系统采用面阵探测器，在飞行平台向前运动中完成二维空间扫描，但是该面阵探测器的尺寸和光学设计上存在困难，且总视场角不大，扫描影像幅宽较窄；光机型成像系统中的光机扫描镜在电机驱动下高速旋转，完成穿轨方向的空间维成像，但是曝光时间、空间分辨率和系统灵敏度相互制约，且结构复杂，多了一维运动机构，导致整体体积重量均增加；凝视型成像系统中的分光系统一般为滤光片，通过改变滤光片的特性使不同的波长辐射通过，从而获取光谱维的相关信息，但是该对平台稳定性要求较高，一般只能在地面和实验室使用。
技术实现要素：
本发明的目的是针对以上技术的缺点，而提供了一种基于滚动式扫描的高光谱成像装置，具有结构简单、成像速度均匀、影像幅宽大、扫描视场角灵活可控，应用范围广等优点。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于滚动式扫描的高光谱成像装置，其特征在于，所述高光谱成像装置设置在飞行平台上；所述高光谱成像装置包括马达、转动轴、滚筒、高光谱相机、彩色相机；所述马达设置在所述飞行平台上；所述转动轴的一端与所述马达连接；所述转动轴的另一端与所述滚筒连接；所述高光谱相机和所述彩色相机以所述滚筒的中心轴为对称轴对称设置在所述滚筒的表面；
所述马达驱动所述转动轴带动所述滚筒以固定速度进行360°旋转滚动；所述滚筒的滚动旋转方向垂直于所述飞行平台的前进方向。
可选的，所述高光谱成像装置还包括相机成像范围确定机构；所述相机成像范围确定机构设置在所述滚筒上或者设置在所述滚筒的一侧；所述相机成像范围确定机构用于根据实际成像需求，确定所述高光谱相机和所述彩色相机的成像范围。
可选的，所述相机成像范围确定机构为由支撑杆和遮挡罩组成的机构；所述支撑杆固定在所述飞行平台上；所述遮挡罩安装在所述支撑杆上；所述遮挡罩用于遮挡非必要成像区域；所述非必要成像区域为所述高光谱相机或所述彩色相机的非必要采集区域。
可选的，所述遮挡罩为一体成型的筒形罩；所述遮挡罩通过所述支撑杆使所述遮挡罩套接在所述滚筒的表面；所述遮挡罩侧面开设有缝隙；所述缝隙的条数和所述缝隙的宽度均由实际所需要的成像范围确定。
可选的，所述支撑杆为两根，分别设置所述马达与所述滚筒之间的所述转动轴的两侧。
可选的，所述相机成像范围确定机构为由云台及无线控制设备组成的机构；所述云台内置姿态角控制算法；所述云台设置在所述滚筒的下方；所述云台用于获取所述高光谱相机和所述彩色相机的姿态角信息；所述无线控制设备，与所述云台、所述高光谱相机、所述彩色相机均连接，用于根据获取的所述高光谱相机和所述彩色相机的姿态角信息，输出相应的相机控制信号，并将相应的所述相机控制信号分别传输至所述高光谱相机、所述彩色相机，以控制所述高光谱相机、所述彩色相机的图像的存储。
可选的，所述高光谱成像装置还包括图片存储器；所述图片存储器，与所述高光谱相机、所述彩色相机均连接，用于存储高光谱图像和彩色图像。
可选的，所述高光谱成像装置还包括供电电路；所述供电电路的一端与所述飞行平台上的供电电源连接；所述供电电路的另一端与所述马达连接。
可选的，所述高光谱相机和所述彩色相机以所述滚筒的中心轴为对称轴对称设置在所述滚筒的表面，用于维持所述滚筒在转动过程中的重量平衡。
可选的，所述飞行平台为卫星飞行平台、载人机飞行平台或无人机飞行平台。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种基于滚动式扫描的高光谱成像装置，该高光谱成像装置设置在匀速飞行的飞行平台上；该高光谱成像装置包括马达、转动轴、滚筒、高光谱相机、彩色相机；马达设置在飞行平台上；转动轴的一端与马达连接，另一端与滚筒连接；高光谱相机和彩色相机以滚筒的中心轴为对称轴对称设置在滚筒的表面，结构简单；马达驱动转动轴带动滚筒以固定速度进行360°旋转滚动，使得高光谱相机和彩色相机的成像速度均匀，且影像幅宽大。
另外，该装置还包括相机成像范围确定机构，该相机成像范围确定机构可根据实际成像需求确定高光谱相机和彩色相机的成像范围，使得该装置扫描视场角灵活可控。因此，本发明提供的高光谱成像装置，具有结构简单、成像速度均匀、影像幅宽大、扫描视场角灵活可控，应用范围广等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例基于滚动式扫描的高光谱成像装置的结构示意图；
图2为本发明滚筒与高光谱相机、彩色相机的连接关系示意图；
图3为本发明滚动式扫描成像示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于滚动式扫描的高光谱成像装置，具有结构简单、成像速度均匀、影像幅宽大、扫描视场角灵活可控，应用范围广等优点。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
推扫式扫描：(push-broomscanning)又称“像面”扫描，是利用飞行器的向前运动，借助于与飞行方向垂直的“扫描”线记录而构成二维图像，完成扫描。
图1为本发明实施例基于滚动式扫描的高光谱成像装置的结构示意图，本发明实施例提供的基于滚动式扫描的高光谱成像装置设置在均速飞行的飞行平台上。
如图1所示，该高光谱成像装置包括马达1、转动轴2、滚筒3、高光谱相机4、彩色相机5、相机成像范围确定机构6、图片存储器7以及供电电路8。
马达1设置在飞行平台上。转动轴2的一端与马达1连接，另一端与滚筒3连接。高光谱相机4和彩色相机5设置在滚筒上的表面。相机成像范围确定机构6设置滚筒3上或者在所述滚筒3的一侧，用于根据实际成像需求确定高光谱相机4和彩色相机5的成像范围。图片存储器7，与高光谱相机4、彩色相机5均连接，用于存储高光谱图像和彩色图像。供电电路8的一端与飞行平台上的供电电源连接，另一端与马达1连接。
飞行平台为卫星飞行平台、载人机飞行平台或无人机飞行平台。
图2为本发明滚筒与高光谱相机、彩色相机的连接关系示意图，如图2所示，高光谱相机4和彩色相机5以滚筒3的中心轴为对称轴对称设置在滚筒3的表面，其目的是用于维持滚筒3在转动过程中的重量平衡。
本发明实施例提供的高光谱成像装置搭载在飞行平台上，飞行平台以速度v1沿前进方向行进。转动轴2在马达1驱动下带动滚筒3及滚筒3表面的高光谱相机4和彩色相机5以速度v2进行360°旋转滚动，在滚动过程中实现高光谱图像和彩色图像的获取，使得高光谱相机4和彩色相机5的成像速度均匀，且影像幅宽大。其中，滚筒3的滚动旋转方向垂直于飞行平台的前进方向。扫描成像示意图如图3所示。图3中α为本发明实施例提供的高光谱成像装置在一次滚动扫描过程中的有效成像视场角，该有效成像视场角可在飞行成像之前根据给定参数进行灵活调控。
本发明提供的基于滚动式扫描的高光谱成像装置可以在每次成像之前根据实际需要灵活设置成像范围，降低数据存储量，具体通过以下两种方式实现。其中一种是通过遮挡实现，即在飞行成像之前通过给定的采集数据的视场范围、飞行高度等参数，确定滚筒3遮挡的表面对应圆心角，通过在滚筒3表面安装遮挡罩遮挡对应圆心角范围，从而使得高光谱相机4和彩色相机5仅在未遮挡区域对目标成像。另一种为控制成像范围方法，即在飞行成像之前通过给定的采集数据的视场范围、飞行高度等参数，确定高光谱相机4和彩色相机5在滚动过程中的必要成像圆心角以及非必要成像圆心角，使高光谱相机4和彩色相机5在滚动过程中，当处于非必要成像圆心角度内对采集影像不进行存储。根据以上两种方式设置如下的相机成像范围确定机构。
相机成像范围确定机构6为由支撑杆和遮挡罩组成的机构；支撑杆固定在飞行平台上；遮挡罩安装在支撑杆上；遮挡罩用于遮挡非必要成像区域；非必要成像区域为高光谱相机4或彩色相机5的非必要采集区域。高光谱相机4和彩色相机5内置控制算法，当高光谱相机4或者彩色相机5在非必要采集区域采集时，由于采集到的图像信息量小，不予存储，进而实现高光谱相机4或者彩色相机5在非必要采集区域不采集图像的作用。
其中，支撑杆为两根，分别设置马达1与滚筒3之间的转动轴2的两侧。遮挡罩为一体成型的筒形罩；所遮挡罩通过支撑杆使遮挡罩套接在滚筒3的表面；遮挡罩侧面开设有缝隙；遮挡罩上的缝隙的条数和缝隙的宽度均由实际所需要的成像范围确定。
或者，相机成像范围确定机构6为由云台及无线控制设备组成的机构。该云台内置姿态角控制算法，云台设置在滚筒3的下方；云台用于获取高光谱相机4和彩色相机5的姿态角信息。无线控制设备，与云台、高光谱相机4、彩色相机5均连接，用于根据获取的高光谱相机4和彩色相机5的姿态角信息，输出相应的相机控制信号(相机控制信号包括图像信息存储信号和图像信息不存储信号)，并将相应的相机控制信号分别传输至高光谱相机4、彩色相机5，以控制高光谱相机4、彩色相机5的图像的存储，进而实现高光谱相机4或者彩色相机5在非必要采集区域不采集图像的作用。
本发明提供的基于滚动式扫描的高光谱成像装置通过使用独特的扫描成像方式，即一种基于滚动式扫描的成像方式，改进传统的扫描成像方式。通过马达驱动滚筒带动滚筒表面的高光谱相机和彩色相机实现360°转动，实现扫描成像。该扫描方式有效解决传统扫描方式扫描速度不均匀、扫描影像幅宽窄、数据获取视场角不可变的问题，为机载及星载平台提供了一种新型的扫描成像方式。此外还根据不同的应用需求，在飞行工作之前通过给定参数灵活控制成像视场角。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明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发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，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发明的限制。