[发明专利]一种基于无人机载高光谱成像的BRDF数据采集系统和方法

权利要求书

1.一种基于无人机载高光谱成像的BRDF数据采集系统，其特征在于，包括辅助定位装置、数据采集单元和测控单元；

所述辅助定位装置用于对观测地物/场景进行位置标识，所述辅助定位装置包括沿周向刻有角度线的圆盘(1)、多根测绳(2)和多个与所述测绳(2)配合的地面标识布(3)，所述圆盘(1)中心设置有定位柱(4)，多根所述测绳(2)一端沿周向均匀固定在所述定位柱(4)上，所述地面标识布(3)放置在所述测绳(2)上指定的位置；

所述数据采集单元包括无人机、设置在所述无人机上的云台及安装在所述云台上的高光谱成像仪，所述高光谱成像仪的镜头朝下设置，所述云台和高光谱成像仪均与所述无人机内的飞控计算机连接；

所述测控单元包括图形判断模块、角度控制模块、观测位置控制模块和数据处理模块；

所述图形判断模块用于根据所述高光谱成像仪采集的图像判断高光谱成像仪中的图像是否覆盖图像采集范围；

所述角度控制模块，与所述无人机内的飞控计算机连接，用于在所述无人机不同悬停位置处根据所述无人机的飞行高度和所述无人机距离观测地物/场景中心点的水平距离，测算出观测角度，并根据观测角度控制所述云台的旋转角度，进而控制所述高光谱成像仪的镜头角度；

所述观测位置控制模块，与所述无人机内的飞控计算机连接，用于根据预先设定的采集角度控制所述无人机的悬停位置，所述无人机的悬停位置为观测位置；

所述数据处理模块，与所述高光谱成像仪连接，用于接收所述高光谱成像仪采集的图像信息，并对图像信息进行处理形成基于无人机高光谱成像的BRDF数据集。

2.根据权利要求1所述的基于无人机载高光谱成像的BRDF数据采集系统，其特征在于，所述观测地物/场景中心点的坐标采取手工输入。

3.根据权利要求1所述的基于无人机载高光谱成像的BRDF数据采集系统，其特征在于，所述无人机搭载差分定位模块。

4.根据权利要求1所述的基于无人机载高光谱成像的BRDF数据采集系统，其特征在于，所述测绳(2)由非弹性材质制成，所述测绳(2)上沿长度方向设置有刻度线。

5.利用权利要求1至4任一项所述的基于无人机载高光谱成像的BRDF数据采集系统进行数据采集的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：选择观测地物/场景，并预先计划观测的计划观测角度θ_i，将所述辅助定位装置放置在观测地物/场景中间或将所述辅助定位装置紧邻观测地物/场景放置，根据所述定位柱(4)的阴影对应的圆盘刻度，确定地面水平观测角的起始位置，利用所述测绳(2)测量出所述地面标识布(3)摆放位置；

步骤2：将所述地面标识布(3)摆放在步骤1测量出的摆放位置，对观测地物/场景进行位置标识，以标识观测方向，即无人机飞行路线；

步骤3：向所述无人机内的飞控计算机中输入观测地物/场景中心点坐标位置，或将无人机放置在观测地物/场景中心点位置，记录坐标W；

步骤4：所述无人机垂直于观测地物/场景上方，不改变水平位置，直接起飞，随着高度的上升，观测视场逐渐加大至所述图形判断模块判断所有所述地面标识布(3)显示在视场中，记录高度h₀，即初试飞行高度，也是球面的半径R；

步骤5：所述角度控制模块测算出观测角度，具体计算方法如下所述：

根据计划观测角度θ_i，运用h_i与R或d_i与R的计算公式，得到计划观测的球面角度所处的位置O_i，其中i＝0、1、2……N；

其中，设S_i：为观测位置对应的地面坐标点；h_i为观测位置距地面的高度，h_i计算公式为：h_i＝R×cosθ_i；d_i为观测位置对应的地面坐标点到所述中心点的水平距离，即S_i到W的距离，其计算公式为：d_i＝R×sinθ_i；在实际飞行操作过程中，如无人机是在W点起飞，从飞控数据中调取d_i回传到屏幕上；

步骤6：所述观测位置控制模块根据预先设定的采集角度控制所述无人机的悬停位置，具体为操作所述无人机到对应的O_i位置，并调整高光谱成像仪的观测角度至对应的观测天顶角，依次完成所有O_i位置的光谱成像数据采集；

步骤7：依次完成多个水平观测方向角度，水平观测方向角度的数量和间隔根据数据获取需要，进行调整；

步骤8：所述数据处理模块接收所述高光谱成像仪采集的图像信息，并对图像信息进行处理形成基于无人机高光谱成像的BRDF数据集。