【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机载光谱遥感监测，具体是基于人工智能的光谱监测系统及方法。
技术介绍
1、光谱（spectrum）是复色光经过色散系统（如棱镜、光栅）分光后，被色散分离成的单色光，通过成像系统，投射在监测器上成为按波长（或频率）大小依次排列的图案，既称为光学频谱。不同的物质因其化学组成和结构不同，会形成不同的光谱。不同的物质与光相互作用会产生不同的光谱响应，所谓光谱响应便是某一波长的光照射太阳能电池时，每一光子平均所能产生的载流子数。对于光谱监测的原理常见的有三种：原子荧光光谱法、原子吸收光谱法、电感耦合等离子体发射光谱。
2、现有的相关光谱监测方法为通过机载光谱监测系统的方式，然后制定飞行任务控制无人机到某一指定区域定点定距监测光谱响应，通过旋转搭载激光器的云台，在一定角度范围内发射激光，采集反射回来的光谱绘制成像。但是由于激光器在可旋转一定角度的云台上发射激光与在竖直方向上发射激光相比，接收到的反射回来的光谱会有较大的强弱之分。同时由于外部工作环境的光线变化，导致成像效果较差，影响监测的准确性。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术的目的是提供基于人工智能的光谱监测系统及方法，解决由于外部环境的光线强弱导致光谱监测系统成像上出现光斑和光晕，以及由于接收的反射光线的强弱导致成像时出现不同程度的灰度图像，从而影响监测的准确性。
2、为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
3、基于人工智能的光谱监测系统，包括：激发光源单元、滤光单元、
4、所述激发光源单元用于发射光波；
5、所述滤光单元用于采集监测区域反射的光波，并根据选择过滤掉其他单色光，输出目标波长的单色光；
6、所述光学接收单元用于接收经过监测区域反射回来的光波，并根据光波入射角角度对接收的光波强度进行补偿；
7、所述光电监测单元用于根据光学接收单元接收的光波采集光谱信息；
8、所述成像修正单元用于将光谱信息成像并将图像中异常部分进行修正；
9、所述输出单元用于将修正后的光谱图像传输至地基计算机，地基计算机进行进一步处理。
10、采用上述方案后实现了以下有益效果：
11、在监测某种元素的分布情况时，选择与该元素产生光谱响应最为明显的对应波长的单色光进行采集，通过滤光单元过滤掉其他单色光，输出目标波长的单色光；再经过光学接收单元对入射光进行光照强度补偿，入射角角度越大，需要补偿的光照强度越大，垂直入射的光波则不作光照强度补偿；光电监测单元将补全后得到光照分布均匀的监测区域的光谱信息采集后传输至成像修正单元；成像修正单元根据光谱信息进行成像处理，并将图像中的异常部分包括光斑和光晕；其中光斑部分，当光斑部分与其他区域亮度相差较大时，通过综合其他路径的图像信息，将光斑覆盖区域扣除，从其他路径的采集光斑覆盖区域的光谱信息，再根据其他路径上的光斑覆盖区域的光谱信息进行修补，形成新的正常图像；当光斑部分与其他区域亮度相差不大时，采集光斑覆盖区域附近的光谱信息，并对光斑区域进行修补，再形成新的正常图像；而光晕部分根据入射光的入射角角度进行光照强度补偿，从而形成新的正常图像；之后，将修正后的光谱图像传输至地基计算机做进一步处理。
12、本方案通过将光学接收单元将接收入射光波进行初步预处理，根据入射光波进入光学接收单元的角度对入射光进行不同程度的补偿，降低了光谱图像出现渐晕的情况。通过光斑亮度与周围区域的相差程度判断对光斑区域的修补方式，若光斑亮度与周围区域相差较大，则采集多个路径的光谱图像，通过在多个路径中光斑覆盖区域的光谱信息，对出现光斑的部分进行修补；若光斑区域与周围区域亮度相差较小，则通过采集光斑覆盖区域附近的光谱信息对光斑覆盖区域进行修补；通过上述方式使得光谱图像信息准确，提高监测的准确性。
13、综上所述，本方案通过光学接收单元和成像修正单元将光谱图像上的光斑和光晕消除，优化了光谱成像效果，提高了光谱监测系统的准确性。
14、进一步，所述滤光单元可同时输出多种波长的单色光。
15、有益效果：当需要监测多种物质的分布情况时，可从一张光谱图像上得到多种物质分布情况的图像信息。
16、进一步，所述光学接收单元还包括光线角度传感器和光照补偿子单元；所述光线角度传感器用于测量入射光线的入射角角度；所述光照补偿子单元用于根据入射光入射角角度对光照强度进行补偿。
17、有益效果：使得采集的各个方向的光线强度一致。
18、进一步，所诉光学监测单元还包括ccd图像传感器；所述ccd图像传感器用于将光学信号转换为数字信号。
19、有益效果：提高捕捉入射光的效率。
20、进一步，所述异常部分包括光斑和光晕；所述成像修正单元在修正图像中的光斑时，通过对比光斑与光斑覆盖区域周围的灰度大小，判断修补光斑的方式；若光斑与光斑覆盖区域周围的灰度值相差较小，则通过采集光斑覆盖区域周围的光谱信息，将光斑覆盖区域扣除后进行补全，若光斑与光斑覆盖区域周围的灰度值相差较大，则通过采集其他路径的光谱图像信息，根据其他路径上的光谱图像上所对应的光斑区域上的光谱信息对光斑覆盖区域进行修补。
21、进一步，所述光学接收单元还包括aotf分光模块，所述aotf分光模块由成像物镜、准直镜、偏振片、物镜、detector组成，所述aotf分光模块用于分离其他波长的单色光，输出目标波长的单色光。
22、基于人工智能的光谱监测方法，包括以下步骤：
23、步骤一：向监测区域激发目标波长的单色光；
24、步骤二：采集从监测区域反射回来的单色光；
25、步骤三：根据单色光入射角角度对光线强度进行补偿；
26、步骤四：采集补偿后的光谱信息；
27、步骤五：将光谱信息成像处理，生成光谱图像；
28、步骤六：将光谱图像中的异常部分修正；
29、步骤七：判断修正方式；
30、步骤八：将修正后的光谱图像传输至计算机中，待进一步处理。
31、进一步，所述判断修正方式为比较光斑和光斑相邻区域的灰度差值大小，所述灰度差值由光斑的灰度值与光斑相邻区域的灰度值相减所得，所述灰度值通过gray=r*i计算得出，其中，r为反射率，i为入射光照强度；若灰度差值大于一定阈值时，修正方式为采集其他路径的光谱图像信息，根据其他路径上的光谱图像上所对应的光斑区域上的光谱信息对光斑覆盖区域进行修补，若灰度差值小于等于一定阈值时，修正方式为采集光斑覆盖区域周围的光谱信息，将光斑覆盖区域扣除后进行补全。
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1.基于人工智能的光谱监测系统，其特征在于，包括：激发光源单元、滤光单元、光学接收单元、光电监测单元、成像修正单元以及输出单元；
2.根据权利要求1所述的基于人工智能的光谱监测系统，其特征在于：所述滤光单元可同时输出多种波长的单色光。
3.根据权利要求1所述的基于人工智能的光谱监测系统，其特征在于：所述光学接收单元还包括光线角度传感器和光照补偿子单元；所述光线角度传感器用于测量入射光线的入射角角度；所述光照补偿子单元用于根据入射光入射角角度对光照强度进行补偿。
4.根据权利要求1所述的基于人工智能的光谱监测系统，其特征在于：所诉光学监测单元还包括CCD图像传感器；所述CCD图像传感器用于将光学信号转换为数字信号。
5.根据权利要求1所述的基于人工智能的光谱监测系统，其特征在于：所述异常部分包括光斑和光晕；所述成像修正单元在修正图像中的光斑时，通过对比光斑与光斑覆盖区域周围的灰度大小，判断修补光斑的方式；若光斑与光斑覆盖区域周围的灰度值相差较小，则通过采集光斑覆盖区域周围的光谱信息，将光斑覆盖区域扣除后进行补全，若光斑与光斑覆盖区域周
6.根据权利要求1所述的基于人工智能的光谱监测系统，其特征在于：所述光学接收单元还包括AOTF分光模块，所述AOTF分光模块由成像物镜、准直镜、偏振片、物镜、detector组成，所述AOTF分光模块用于分离其他波长的单色光，输出目标波长的单色光。
7.基于人工智能的光谱监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：向监测区域激发目标波长的单色光；
8.根据权利要求7所述的基于人工智能的光谱监测方法，其特征在于：所述判断修正方式为比较光斑和光斑相邻区域的灰度差值大小，所述灰度差值由光斑的灰度值与光斑相邻区域的灰度值相减所得，所述灰度值通过Gray=r*i计算得出，其中，r为反射率，i为入射光照强度；若灰度差值大于一定阈值时，修正方式为采集其他路径的光谱图像信息，根据其他路径上的光谱图像上所对应的光斑区域上的光谱信息对光斑覆盖区域进行修补，若灰度差值小于等于一定阈值时，修正方式为采集光斑覆盖区域周围的光谱信息，将光斑覆盖区域扣除后进行补全。
...【技术特征摘要】
1.基于人工智能的光谱监测系统，其特征在于，包括：激发光源单元、滤光单元、光学接收单元、光电监测单元、成像修正单元以及输出单元；
2.根据权利要求1所述的基于人工智能的光谱监测系统，其特征在于：所述滤光单元可同时输出多种波长的单色光。
3.根据权利要求1所述的基于人工智能的光谱监测系统，其特征在于：所述光学接收单元还包括光线角度传感器和光照补偿子单元；所述光线角度传感器用于测量入射光线的入射角角度；所述光照补偿子单元用于根据入射光入射角角度对光照强度进行补偿。
4.根据权利要求1所述的基于人工智能的光谱监测系统，其特征在于：所诉光学监测单元还包括ccd图像传感器；所述ccd图像传感器用于将光学信号转换为数字信号。
5.根据权利要求1所述的基于人工智能的光谱监测系统，其特征在于：所述异常部分包括光斑和光晕；所述成像修正单元在修正图像中的光斑时，通过对比光斑与光斑覆盖区域周围的灰度大小，判断修补光斑的方式；若光斑与光斑覆盖区域周围的灰度值相差较小，则通过采集光斑覆盖区域周围的光谱信息，将光斑覆盖区域扣除后进行补全，若光斑与光斑覆盖区域周围的灰度值相...
【专利技术属性】
技术研发人员：李玉超，李宏，訾亮，
申请(专利权)人：海南中南标质量科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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