【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无人机农业信息遥感测量，具体涉及一种多模态成像光谱偏振农业无人机传感系统。
技术介绍
1、在作物生长过程通过监测归一化差异植被指数、红边叶绿素植被指数、归一化差异红边植被指数、归一化差值水体指数、归一化差值水分指数等特征指标能够较好地反应作物的生长阶段、水肥需求、病害情况等。近年来，无人机技术的普及为检测作物生长信息提供了一条新的途径，通过无人机机载测量系统能够对农田作物进行大范围、长时间尺度的生长信息的检测，同时无人机系统具有灵活、便捷的优势能够在短时间内获得目标作物的信息并及时预警作物生长过程中可能存在的风险，这对于作物的病虫害防治和增产增收有着重要意义。
2、现有的无人机传感系统主要搭载多光谱相机与传统可见光彩色相机。其中可见光彩色相机采集的彩色图像主要用于记录作物、土壤的细节信息同时其图像数据还可用于辅助无人机飞控系统与地面遥控端操作人员进行飞行控制与定位。多光谱相机一般有多个敏感波长并覆盖可见光到近红外波段，其中蓝光波段的数据(450-500nm)主要用于记录大气散色等背景干扰信息以便对其他谱段的数据进行矫正；绿光波段的数据(500-565nm)与作物中的叶绿素含量密切相关，这一波段的数据可以用于标准作物生长状态；红光波段的数据(600-700nm)可以用于检测叶面面积、作物类型、土壤情况和植物胁迫等因素；红边波段的数据(700-730nm)可以用于进行作物健康分析以及水信息检测；近红外波段的数据(700-2500nm)对作物的细胞结构较为敏感，可以用于土壤性质和水分分析、作物病虫害检测等任务
3、上述无人机传感系统所测量的作物信息有限，基于无人机平台的特点，可以考虑在无人机平台上增加更多类型的传感器用以测量作物生长过程中其它的特征量，从不同的角度分析作物的生长状态。
技术实现思路
1、针对上述情况，为了扩展无人机系统测量的作物生长信息，本专利技术提供一种多模态成像光谱偏振农业无人机传感系统。本专利技术引入偏振成像装置，用以测量作物的偏振特征。将偏振成像装置、多光谱相机以及可见光彩色相机共同挂载在无人机平台上能采集不同种类的数据以便更全面地检测作物的生长情况并且不同传感器间的数据能够相互补充提升测量数据的准确性和精度。
2、为实现上述内容，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种多模态成像光谱偏振农业无人机传感系统，包括：多旋翼无人机平台、可见光彩色相机模块、多光谱相机模块以及偏振相机模块。可见光彩色相机模块、多光谱相机模块以及偏振相机模块挂载在多旋翼无人机平台下方以实现对地面作物的检测。
4、所述的多旋翼无人机平台包含电池、飞控系统、遥控系统、多组全球卫星定位系统接收装置、多组螺旋桨装置、起落支架以及多个相机模块接口和紧固装置接口。
5、进一步地，所述螺旋桨装置设有四组或六组并按空气动力学规律分布以在飞行过程中提供动力同时控制无人机系统的姿态。
6、进一步地，所述起落支架在无人机系统飞行过程中可以收起避免遮挡所挂载的相机模块的画面。
7、进一步地，所述相机模块接口和紧固装置接口位于无人机平台下方，其中紧固装置接口用于和挂载的相机模块进行机械连接；模块接口用于和相机模块进行通讯。
8、所述的可见光彩色相机模块包含模块接口、紧固装置、云台系统、可见光彩色相机和存储介质。
9、进一步地，模块接口和紧固装置用于连接多旋翼无人机平台并进行供电、信号通讯以及传输当前地理位置信息用以标记采集的数据。
10、进一步地，所述云台装置由两个电机以及对应的机械结构组成。在飞行过程中云台装置将搭载的相机调整为镜头朝下的姿态并保证数据采集过程中相机姿态的稳定。
11、进一步地，所述可见光彩色相机上有存储介质插槽，采集到的数据记录在插槽中的存储介质中。
12、进一步地，所述可见光彩色相机模块可以根据任务与作业环境的情况更换不同的镜头、滤镜和相机以获得更好的观测效果。
13、所述的多光谱相机模块包含模块接口、紧固装置、云台系统、多光谱相机和存储介质。
14、进一步地，所述模块接口、紧固装置以及云台系统与可见光彩色相机模块中的同名装置功能一致。
15、进一步地，所述多光谱相机上集成有多组成像系统，每组成像系统仅对特定波段的光线敏感，多光谱相机上有存储介质插槽，采集到的数据记录在插槽中的存储介质中。
16、进一步地，所述多光谱相机模块的多光谱相机可以根据任务与作业环境的情况进行更换。
17、所述的偏振相机模块包含模块接口、紧固装置、云台系统、计算单元、彩色偏振相机和存储介质。
18、进一步地，所述模块接口、紧固装置以及云台系统与其他相机模块中的同名装置功能一致。
19、进一步地，所述计算单元由小型计算机及其相关外设构成，用于控制彩色偏振相机的曝光参数，接收采集到的彩色偏振图像数据并进行预处理，如添加地理位置信息、计算偏振斯托克斯参数等，其中地理位置信息来自于多旋翼无人机平台上的全球卫星定位系统接收装置。
20、进一步地，所述计算单元上有多个usb接口，在数据采集过程中可以通过usb接口将数据存储在连接的usb闪存盘中；同时计算单元内集成了存储单元，如果计算单元没有连接usb闪存盘采集到的数据则存储在内置存储单元中。
21、进一步地，所述计算单元设有视频信号输出接口，将其与多旋翼无人机平台的遥控系统连接，可以让地面操作人员实时查看偏振相机模块工作情况。
22、进一步地，所述偏振相机模块中使用的镜头、相机都可以根据不同的任务需求进行更换。
23、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
24、（1）本专利技术在现有主流无人机传感系统的基础上增加了偏振成像系统，偏振成像系统所采集的偏振数据能够反应物体的表面材质、纹理细节等信息。在农业无人机遥感作业中作物的偏振特征有助于提升作物识别与覆盖率测算、作物病虫害情况检测、作物生长状态检测等任务的准确率与精确性。
25、（2）本专利技术设计的偏振相机模块设置计算单元，该单元可以对偏振相机采集的偏振数据进行预处理、存储以及实时信息回传，其中预处理算法可以根据需要进行调整与更改。
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1.一种多模态成像光谱偏振农业无人机传感系统，其特征在于：该系统包括多旋翼无人机平台、可见光彩色相机模块、多光谱相机模块以及偏振相机模块；
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述多旋翼无人机平台设有四组或六组螺旋桨装置、电池、飞控系统、遥控系统、多组全球卫星定位系统接收装置、起落支架以及用于连接可见光彩色相机模块、多光谱相机模块和偏振相机模块的紧固装置和模块接口；其中遥控系统设有视频采集接口，遥控系统可将该接口采集到的视频信号发送至地面遥控端；起落支架在起飞后可以向上收起避免遮挡相机模块的画面。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述可见光彩色相机模块包括模块接口、紧固装置、云台系统、可见光彩色相机和存储介质；所述的可见光彩色相机可以根据任务与环境的情况进行调整与更换，并且可见光彩色相机上有存储介质插槽用以连接存储介质记录所采集的数据。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述多光谱相机模块包括模块接口、紧固装置、云台系统、多光谱相机和存储介质；所述的多光谱相机可以根据任务与环境的情况进行调整与更换，并且多光谱相机上有存储
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述的多光谱相机上集成有多组成像系统，每组成像系统仅对特定波段波长的光线敏感，用以探测地面物体在特定波长上的反射情况。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述偏振相机模块包括模块接口、紧固装置、云台系统、计算单元、彩色偏振相机和存储介质；所述的彩色偏振相机可以根据任务与环境的情况进行调整与更换。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述的计算单元与彩色偏振相机连接，用以控制彩色偏振相机的曝光参数，接收采集到的图像数据并进行预处理；并且计算单元上有内置存储单元同时另设有USB接口用以连接USB闪存盘；此外计算单元上有视频输出接口，可将其与无人机遥控模块的视频采集接口连接。
8.根据权利要求3-7任一项所述的系统，其特征在于：所述的模块接口和紧固装置用于连接多旋翼无人机平台并进行供电和信号通讯；所述的云台装置由两个电机以及对应的机械结构组成用以控制飞行过程中搭载相机的姿态；此外模块接口与多旋翼无人机平台上的全球卫星定位系统接收装置连接，用于标记采集数据的地理位置信息。
...【技术特征摘要】
1.一种多模态成像光谱偏振农业无人机传感系统，其特征在于：该系统包括多旋翼无人机平台、可见光彩色相机模块、多光谱相机模块以及偏振相机模块；
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述多旋翼无人机平台设有四组或六组螺旋桨装置、电池、飞控系统、遥控系统、多组全球卫星定位系统接收装置、起落支架以及用于连接可见光彩色相机模块、多光谱相机模块和偏振相机模块的紧固装置和模块接口；其中遥控系统设有视频采集接口，遥控系统可将该接口采集到的视频信号发送至地面遥控端；起落支架在起飞后可以向上收起避免遮挡相机模块的画面。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述可见光彩色相机模块包括模块接口、紧固装置、云台系统、可见光彩色相机和存储介质；所述的可见光彩色相机可以根据任务与环境的情况进行调整与更换，并且可见光彩色相机上有存储介质插槽用以连接存储介质记录所采集的数据。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述多光谱相机模块包括模块接口、紧固装置、云台系统、多光谱相机和存储介质；所述的多光谱相机可以根据任务与环境的情况进行调整与更换，并且多光谱相机上有存储介质插槽，可将采集到...
【专利技术属性】
技术研发人员：任文艺，韦力铖，徐毕力格，伍丹，韩文霆，解迎革，张锐，蔡亚楠，曹培，牛子杰，
申请(专利权)人：西北农林科技大学，
类型：发明
国别省市：
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