一种小型化凝视型机载光谱成像系统技术方案

本发明专利技术公开了一种小型化凝视型机载光谱成像系统，包括：光学成像单元、光谱调制单元、图像采集单元、机载电控单元、地面控制单元、图像处理分析单元，本发明专利技术的机载光谱成像系统利用光学成像单元进行地面目标反射光信息采集，采集到的光束经过电控光谱调制单元进行光谱调谐，再经过图像采集单元进行目标图谱信息采集，采集到的目标图谱信息进行在线存储，并同时经过机载图传或数传通道快速下传到地面工作站，最后利用地面图像处理分析单元对下传或事后导出的图像进行图像配准、图像合成分类等步骤，最终实现目标的光谱图像分析和识别。

【技术实现步骤摘要】
一种小型化凝视型机载光谱成像系统
本专利技术涉及目标遥感侦查探测领域，具体地，涉及一种小型化凝视型机载光谱成像系统。
技术介绍
随着科学技术的发展，遥感探测在国民经济和国防建设的各个领域中得到了广泛的应用。目前大多数星载、机载遥感仪器，无论成像与否，是以获取来自目标不同波段的辐射强度进而推求目标的表面状态、温度、成分及其它物理化学特性为目的。描述目标电磁辐射特性的不仅有幅值还有波长和相位，而这些特性可以从不同角度描述被观测目标。光谱成像技术可同时获取目标的空间信息和光谱信息，其最突出的特点是能够通过光谱分析鉴别材料的组成成分，进一步揭露与背景材料不同的目标及其伪装。因此，光谱成像技术被广泛应用于国土资源勘探、生态环境监测、城市遥感、农业普查、林业检测等领域。目前机载光谱成像系统大多采用色散型光谱成像方式，该类光谱成像仪主要通过在飞行方向进行一维空间扫描，并通过拼接方式实现目标空间信息的采集。该成像方式对无人机飞行姿态要求较为苛刻，而现有大多数小型无人机由于本身重量、体积、飞行高度等参数限制，在高空中的飞行姿态无法得到精确控制，因此无法满足色散型光谱成像系统的姿态要求。综上所述，本申请专利技术人在实现本申请专利技术技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：在现有技术中，现有大多数小型无人机在高空中的飞行姿态无法满足色散型机载光谱成像系统图像拼接需求的技术问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种小型化凝视型机载光谱成像系统，解决了现有的机载光谱成像系统存在的对无人机飞行姿态要求较为苛刻、无法适应现有大多数小型无人机飞行姿态现状的技术问题，实现了系统小型化轻量化，可搭载于小型飞行平台的技术效果。在成像平台方面，小型无人机由于使用简单，生存能力强、机动性好等特点，市场份额将占有绝对统治地位，基于小型无人机平台的机载光谱成像系统具有广泛的应用需求。本申请设计了一款小型化、模块化、通用化、能够满足小型无人机平台要求的机载光谱成像设备，可有效改善机载光谱成像系统的搭载环境适应性要求，与小型无人机配备执行任务，在国土资源勘探、生态环境监测、城市遥感等领域发挥重要作用。本专利技术的目的是提供一种能够满足小型无人机载荷要求的机载光谱成像系统，该系统可在大多数小型无人机(含多旋翼无人机和固定翼无人机)高空飞行环境下，实现工作波段覆盖420nm-2500nm(分波段实现)的高质量光谱图片采集，并可利用图像分析处理软件实现地物光谱图像分析、分类、和数据库建立等功能。本专利技术的机载光谱成像系统由光学成像单元、光谱调制单元、图像采集单元、机载电控单元、地面控制单元、图像处理分析单元六部分组成，其技术特点包括以下部分：光学成像单元包括摆镜和成像物镜两个主要部分，位于整个光学系统的最前端，用于将被测目标的光信号进行收集并成像于图像传感器焦平面上。摆镜位于系统最前端，用于实现大范围成像区域的扫描；成像物镜位于摆镜后面，用于实现采集光束的聚焦和成像。光谱调制单元，位于光学成像单元的后面，用于实现对入射光进行光谱调制功能。光谱调制单元采用液晶可调滤光器进行光谱调制。图像采集单元主要包括图像探测器和图像采集存储模块，用于对感兴趣成像区域进行图像采集和存储模块。图像采集单元采用的图像采集存储模块不仅能够实现不低于120MB/s的写入速度，并能够实现实时PAL制式模拟图像或实时压缩数字图像输出。机载电控单元包括机载控制模块、机载电源模块和机载配属设备等，用于实现系统各子单元等的驱动控制和同步协调工作。地面控制单元包括系统控制软件、机载无线通信装备，用于在地面上与设备进行通信和数据传输，实时地对设备的工作状态进行监控和调节。地面控制单元包括系统控制软件、机载无线通信装备和视频模数转换单元，用于在地面上与设备进行通信和数据传输，实时地对设备的工作状态进行监控和调节。图像处理分析单元包括图像处理软件和地面工作站，用于对采集到的图像进行图像配准、图像合成、图像自动分类等功能分析，并通过对采集到的光谱信息与数据库中的信息进行比对，实现物体的分类识别。本专利技术的工作原理为：地面控制单元通过机载飞控链路或数控链路向设备发送控制指令，机载控制单元根据指令通过输出一组多通道的低压交变信号，驱动光谱调制单元、图像采集和存储模块等电子单元模块协调工作；光谱调制单元在驱动控制器作用下，对来自景物的光信号进行光谱调制；图像传感器接受透过光谱调制器的来自景物的光信号对景物成像，图像采集和存储模块将来自图像传感器的图像信号在线存储，同时输出一路压缩后的实时数字或模拟信号给机载数传或图传设备，图像处理软件对事后导出的光谱图像进行图像配准、图像合成等功能分析，并通过对采集到的光谱信息与数据库中的信息进行比对，实现目标的光谱分析。本专利技术的机载光谱成像系统利用液晶可调滤光器进行光谱调制，基于机载平台的图传设备或数传设备进行实时图像监控和下传，利用地面工作站对下传或事后导出的光谱图像进行图像处理和光谱分析，进而实现目标的光谱分析和图像识别功能。本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：(1)系统采用模块化简洁化设计，具有小型化轻量化特色(重量不超过3kg)，可搭载于大多数小型飞行平台；(2)采用面阵凝视成像方式，可获取高质量的光谱图像，对搭载设备的飞行姿态要求低；(3)电控时域光谱调制方式，用户可根据应用场景在设备允许的谱段内灵活编排工作光谱序列；附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定；图1为本专利技术的系统总体结构框图；图2是本专利技术的液晶光谱调制器结构示意图；图3为系统工作流程图。具体实施方式本专利技术提供了一种小型化凝视型机载光谱成像系统，解决了现有的机载光谱成像系统存在的对无人机飞行姿态要求较为苛刻、无法适应现有大多数小型无人机飞行姿态现状的技术问题，实现了系统小型化轻量化，可搭载于小型飞行平台的技术效果。为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本专利技术的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。图1是本专利技术的小型机载光谱成像系统结构示意图，整机分成机上部分和地面控制部分，机上部分包括光学成像单元、光谱调制单元、图像采集单元和机载电控单元，地面控制部分包括地面控制单元和图像处理分析单元组成。其中，光学成像单元处于最前端，光谱调制单元与光学成像单元相连接，图像采集单元位于光谱调制单元后面。机载电控单元分别与光学成像单元、光谱调制单元、图像采集单元两连接，地面控制单元和图像处理分析单元安装在地面工作站，通过机载飞控设备和数传图传设备与机上设备相连接。光学系统包括摆镜(选配件)和成像物镜。摆镜用于实现大范围成像区域的扫描。成像物镜和调焦组件用于对入射光进行采集并汇聚到探测器靶面上。光学系统要求成像畸变小、一致性好、光能量耦合效率高。光谱调制系统为本机载光谱成像系统的核心器件，用于实现入射光的光谱调制。由于本机载光谱成像系统要求适用于大多数小型无人本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小型化凝视型机载光谱成像系统，其特征在于，所述系统包括：光学成像单元：用于将被测目标的光信号进行收集并成像于图像传感器焦平面上；光谱调制单元：用于实现对光学成像单元采集的入射光进行光谱调制功能；图像采集单元：用于对预设成像区域内的图像进行图像采集和存储；机载电控单元：用于实现系统各子单元的驱动控制和同步协调功能；地面控制单元：用于在地面上与空中各子单元进行通信和数据传输，实时地对空中各子单元的工作状态进行监控和调节；图像处理分析单元：用于对图像采集单元采集到的图像进行功能分析，包括：图像配准、图像合成、图像自动分类；并通过对采集到的光谱信息与数据库中的信息进行比对，实现物体的分类识别。

【技术特征摘要】
1.一种小型化凝视型机载光谱成像系统，其特征在于，所述系统包括：光学成像单元：用于将被测目标的光信号进行收集并成像于图像传感器焦平面上；光谱调制单元：用于实现对光学成像单元采集的入射光进行光谱调制功能；图像采集单元：用于对预设成像区域内的图像进行图像采集和存储；机载电控单元：用于实现系统各子单元的驱动控制和同步协调功能；地面控制单元：用于在地面上与空中各子单元进行通信和数据传输，实时地对空中各子单元的工作状态进行监控和调节；图像处理分析单元：用于对图像采集单元采集到的图像进行功能分析，包括：图像配准、图像合成、图像自动分类；并通过对采集到的光谱信息与数据库中的信息进行比对，实现物体的分类识别。2.根据权利要求1所述的小型化凝视型机载光谱成像系统，其特征在于，光学成像单元包括：摆镜和成像物镜，其中，摆镜位于光谱成像系统最前端，用于实现大范围成像区域的扫描；成像物镜位于摆镜后面，用于实现采集光束的聚焦和成像。3.根据权利要求1所述的小型化凝视型机载光谱成像系统，其特征在于，所述光谱调制单元包括液晶电控可调谐滤光器，位于成像物镜之后，用于实现对采集光信息的光谱调制。4.根据权利要求1所述的小型化凝视型机载光谱成像系统，其特征在于，所述图像采集单元包括：图像探测器和图像采集存储模块，图像探测器位于光谱调制单元之后，用于实现对调制后的光信息进行探测；图像采集存储模块位于图像探测器之后，用于实现对图像探测器采集到的图像信息进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海峰，储松南，沈志学，龙燕，赵剑衡，何毅，曹宁翔，胡奇琪，赵祥杰，骆永全，张大勇，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，合利科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51