一种基于航空摄影辅助的BRDF测量系统及其测量方法与流程

本发明涉及遥感技术领域，具体涉及一种基于航空摄影辅助的brdf测量系统及其测量方法。

背景技术

自然条件下，地表对太阳辐射的反射是各向异性的，通常用双向反射分布函数来描述，其定义为目标某一出射方向上的辐射亮度与某一入射方向照射在该面元上的辐射照度之比，brdf是遥感研究和应用的基础参数之一。随着定量化遥感的发展，用于高精度的光谱测量及定标目的的地面brdf测量越来越重要，高效及高质量的数据采集方法与相应的传感器控制系统是brdf测量系统的一个重要组成部分，是实现brdf测量的关键技术之一。

目前，brdf测量一般都通过人工手持传感器或者通过架设地面支架安装传感器进行观测，这两种方法都有其局限性：首先，观测者本身的反射和散射对观测目标的辐射量有一定的影响，从而影响最终测量数据的精度，其次，这两种方法效率较低，难以在短时间内完成对较大观测场地的测量，特别是人工手持方法，观测时的角度测量精度有限，而角度精度是brdf的一个重要参数，不精确的角度数据会对brdf数据造成很大程度上的影响。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种基于航空摄影辅助的brdf测量系统及其测量方法，用以解决现有brdf测量方法存在上述不足的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供一种基于航空摄影辅助的brdf测量系统，所述测量系统包括测量单元、控制单元以及处理单元，

测量单元包括搭载有云台的旋翼无人机和安装在云台上的数据采集子单元，所述数据采集子单元与旋翼无人机内的下位机线路连接，用于采集目标地的测量数据；

所述控制单元包括航线设定子单元和角度控制子单元，所述航线设定子单元与旋翼无人机内的下位机通信连接，用于设定旋翼无人机在半球面上不同高度天顶角及方位角定点环绕的飞行航线，所述角度控制子单元与旋翼无人机内的下位机通信连接，用于控制云台的转动角度；

所述处理单元包括pc终端，所述pc终端与数据采集子单元数据连接用于获取采集的测量数据，并根据采集的测量数据基于逻辑运算生成带有角度信息的brdf数据。

通过采用上述技术方案，设置搭载有云台的旋翼无人机，并在无人机上分别安装地物光谱仪和图像采集器，通过设计旋翼无人机的飞行航线及控制云台转动角度的方式进行光谱观测，相较于传统brdf的测量限制了测量距离和测量视场内目标的大小以及无法排除人体和测量支架本身反射及散射带来的影响，本测量系统利用旋翼无人机通过在半球面上不同高度天顶角及方位角定点环绕的航线飞行方式采集brdf光谱数据，可以有效提高测量效率及数据精度，并显著降低观测者本身的反射及散射对观测区数据质量的影响。

进一步的，所述数据采集子单元包括地物光谱仪和图像采集器，所述地物光谱仪与旋翼无人机内的下位机线路连接，用于采集目标地的光谱数据，所述图像采集器与旋翼无人机内的下位机线路连接，用于采集光谱测量范围内的地物高清影像。

通过上述技术方案，分别设置地物光谱仪和图像采集器，使测量系统在旋翼无人机飞行过程中采集高光谱数据的同时，可以同步记录光谱测量范围内的地物高清影像，利用专用的后期影像和数据处理方法，将采集到的高清影像与数据结合，为高光谱数据提供更为精确的角度姿态信息。

进一步的，所述地物光谱仪为高性能地物高光谱仪。

通过采用上述技术方案，地物光谱仪选用高性能地物光谱仪，重量较轻，适于无人机搭载，简便易用，数据稳定可靠。

进一步的，所述处理单元还包括与pc终端线路连接的数据传输子单元，所述数据传输子单元用于数据连接地物光谱仪或图像采集器，并将采集的光谱数据和地物影像传输至pc终端进行数据处理。

通过采用上述技术方案，数据传输子单元可以优选为数据线、sd存储卡等具有数据存储及传输功能的配件，以便于实现数据采集仪器与pc终端之间的数据传输。

进一步的，所述控制单元还包括集成在旋翼无人机上的采集控制器，所述采集控制器与地物光谱仪线路连接，用于设定地物光谱仪的采集模式。

通过采用上述技术方案，设置采集控制器，利用地物光谱仪的数据采集控制器与飞控系统具有较好的兼容性，可方便的实现光谱仪的等距、等时、定点悬停、手动等多种数据采集模式。

进一步的，所述云台为三轴自动增稳云台。

通过采用上述技术方案，选用三轴自动增稳云台，便于对brdf数据测量所需要的任意角度进行调整及控制，可实现较为精准的角度控制，从而测得不同角度的高光谱数据。

本发明实施例还提供一种基于航空摄影辅助的brdf测量系统及其测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

s1、分别打开地物光谱仪和图像采集器；

s2、根据测量需求调节采集控制器设定光谱数据采集子单元的采集模式；

s3、设定采集模式后，通过航线设定子单元设定旋翼无人机的飞行航线，使旋翼无人机可以依次在半球面上不同高度的天顶角及方位角进行定点环绕；

s4、运行旋翼无人机，并通过角度控制子单元实时调整云台的转动角度，从而将地物光谱仪调至需要测量的角度进行高光谱数据采集，并由图像采集器同步采集高清地物影像；

s5、待旋翼无人机沿航线飞行采集完数据后，将采集的光谱数据和地物影像传输至pc终端，使pc终端根据地物影像基于逻辑运算对光谱数据进行运算并生成带有角度信息的brdf数据及brdf数据模型。

进一步的，所述步骤s2中的采集模式包括等距采集、等时采集、定点悬停采集或手动采集。

本发明实施例具有如下优点：

本发明的基于航空摄影辅助的brdf测量系统利用无人机平台通过半球面上不同高度天顶角及方位角定点环绕的航线飞行方式采集brdf光谱数据，不仅使用简便、飞行智能、解决了传统brdf测量架测量的局限性，排除了周边人为因素带来的影响，还极大地提高了brdf数据的精度和可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的旋翼无人机飞行航线示意图。

图2为本发明实施例提供基于航空辅助的brdf测量方法流程图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

本发明实施例提供了一种基于航空摄影辅助的brdf测量系统，包括包括测量单元、控制单元以及处理单元。测量单元包括搭载有云台的旋翼无人机和安装在云台上的数据采集子单元，其中，多旋翼无人机选用使用简便、性能稳定、载重能力强、快速拆装、维护简单的定制化无人机平台，使其适用于光谱仪的搭载以及可以实现brdf测量所需要的飞行功能，且云台与多旋翼无人机内的下位机线路连接；数据采集子单元包括地物光谱仪和图像采集器，具体的地物光谱仪与旋翼无人机内的下位机线路连接，利用光谱仪测量物体表面反射光谱，由地物光谱仪采集目标地的光谱数据，并将图像采集器与旋翼无人机内的下位机线路连接，使图像采集器用于采集光谱测量范围内的地物高清影像，其中地物光谱仪优选用重量较轻、适于无人机搭载、简便易用以及数据稳定可靠的高性能地物光谱仪，利用地物光谱仪和图像采集器同时分别采集不同的测量信息，使测量系统在旋翼无人机飞行过程中采集高光谱数据的同时，可以同步记录光谱测量范围内的地物高清影像，利用专用的后期影像和数据处理方法，将采集到的高清影像与数据结合，为高光谱数据提供更为精确的角度姿态信息，具体的，处理单元包括pc终端和与pc终端线路连接的数据传输子单元，当旋翼无人机采集完数据后，收回旋翼无人机，并将地物光谱仪和图像采集器分别与数据传输子单元数据连接，使pc终端分别获取采集的光谱数据和地物影像，并根据地物影像基于逻辑运算对采集的光谱数据进行运算生成带有精确测量角度信息的brdf数据，其中数据传输子单元可以优选为数据线、sd存储卡等具有数据存储及传输功能的配件。

如上所述，为了实现旋翼无人机采集精准的数据信息，控制单元包括航线设定子单元和角度控制子单元，其中航线设定子单元与旋翼无人机内的下位机通信连接，用于设定旋翼无人机在半球面上不同高度天顶角及方位角定点环绕的飞行航线；角度控制子单元与旋翼无人机内的下位机通信连接，用于控制云台的转动角度，通过转动云台实时调整地物光谱仪的观测角度，相较于传统brdf的测量限制了测量距离和测量视场内目标的大小以及无法排除人体和测量支架本身反射及散射带来的影响，本测量系统利用旋翼无人机在半球面上不同高度天顶角及方位角定点环绕的航线飞行方式采集brdf高光谱数据，可以有效提高测量效率及数据精度，并显著降低观测者本身的反射及散射对观测区数据质量的影响，其中，旋翼无人机搭载的云台为三轴自动增稳云台，便于对brdf数据测量所需要的任意角度进行调整及控制，可实现较为精准的角度控制，从而测得不同角度的光谱数据。

实施例2

与实施例1不同之处在于，控制单元还包括集成在旋翼无人机上的采集控制器，将采集控制器与地物光谱仪线路连接，用于设定地物光谱仪的采集模式，利用地物光谱仪的数据采集控制器与飞控系统具有较好的兼容性，可方便的实现光谱仪的等距、等时、定点悬停、手动等多种数据采集模式，确保测量出详细、精准的brdf数据。

实施例3

本发明实施例还提供一种基于航空摄影辅助的brdf测量系统及其测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

s1、分别打开地物光谱仪和图像采集器；

s2、根据测量需求调节采集控制器设定光谱数据采集子单元的采集模式；

s3、设定采集模式后，通过航线设定子单元设定旋翼无人机的飞行航线，使旋翼无人机可以依次在半球面上不同高度的天顶角及方位角进行定点环绕；

s4、运行旋翼无人机，并通过角度控制子单元实时调整云台的转动角度，从而将地物光谱仪调至需要测量的角度进行高光谱数据采集，并由图像采集器同步采集高清地物影像；

s5、待旋翼无人机沿航线飞行采集完数据后，将采集的光谱数据和地物影像传输至pc终端，使pc终端根据地物影像基于逻辑运算对光谱数据进行运算并生成带有角度信息的brdf数据及brdf数据模型。

本发明的基于航空摄影辅助的brdf测量系统利用无人机平台通过半球面上不同高度天顶角及方位角定点环绕的航线飞行方式采集brdf高光谱数据，不仅使用简便、飞行智能、解决了传统brdf测量架测量的局限性，排除了周边人为因素带来的影响，还极大地提高了brdf数据的精度和可靠性。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。