[发明专利]一种艇载多光谱高清对地观测装置

摘要

本发明公开了一种用于艇载多光谱高清对地观测装置，包括减震单元负责消除震动对获取图像的影响；多光谱成像单元负责地面多光谱图像的获取；高清成像单元负责大幅面图像的获取；高清相机触发单元利用从惯性测量单元接收到的秒脉冲信号触发高清相机进行拍摄并记录采集时的位姿信息；通过惯性导航系统获取装置空间六自由度的位姿参数；利用图像存储单元对获取的多光谱图像实时存储，同时记录存储每帧图像的位姿信息；供电单元负责给除减震单元外的其它单元供电；上位机单元负责惯性测量单元的对准、多光谱相机参数的设置、多光谱图像的采集工作及对所获取图像配准互校正。本发明克服了传统多光谱高清设备无位姿信息、多光谱图像配准后无法准确效果评价的问题。

主权项

1.一种艇载多光谱高清对地观测装置，其特征在于：该装置包括减震单元(1)、多光谱成像单元(2)、高清成像单元(3)、高清相机触发单元(4)、惯性测量单元(5)、图像存储单元(6)、供电转换单元(7)和上位机单元(8)；所述减震单元(1)是整个装置的对外连接和各单元的安装平台，包括带有用来安装除上位机单元外其它单元的安装底板(20)、为降低因驱动系统振动而影响图像质量的减振器(18)和承重底板(19)；所述多光谱成像单元(2)负责地面多光谱图像的获取，包括用来固定四台相机的相机固定架(12)、图像传感器(13)和带有滤波片的镜头(14)；所述的高清成像单元(3)负责大幅面图像的获取，包括用来固定哈苏相机的高清相机固定架(9)、哈苏相机(10)、镜头(11)；所述高清相机触发单元(4)利用从惯性测量单元(5)接收到的秒脉冲信号触发高清相机进行拍摄，并记录采集时的位姿信息；所述惯性测量单元(5)负责位姿信息和PPS秒脉冲的提供，并通过输出PPS脉冲信号和NMEA协议数据传导给图像存储单元(6)和高清相机触发单元(4)，修正图像存储单元(6)内部时钟，包括IMU(16)时钟、GPS天线(15)时钟；所述图像存储单元(6)为同时接收4路多光谱图像的无压缩存储器，并通过接收PPS秒脉冲，记录每帧图像的位姿信息；所述供电转换单元(7)，是给整个对地观测装置的用电模块供电，全部是DC/DC模块；供电转换单元(7)通过不同接口给多光谱成像单元(2)、高清成像单元(3)、高清相机触发单元(4)、惯性测量单元(5)、图像存储单元(6)、上位机单元(8)供电；所述上位机单元(8)通过串口接收惯性测量单元(5)的输出位置和姿态数据，并控制惯性测量单元(5)和图像存储单元(6)进行数据的采集和调试；所述的减震单元，安装底板(20)由硬铝加工而成，并在其上加工了很多孔；减振器(18)是钢丝绳减振器，在其上有四个螺栓孔，对外安装的螺纹孔间距是168mm，钢丝绳的直径是5mm，高度是60mm；承重底板(19)由硬铝加工而成，四个对角的八个沉孔用来安装减振器；所述的多光谱成像单元，四台相机固定架(12)由硬铝加工而成，在四周有八个长孔，圆弧的直径是5mm，底面有12个孔；图像传感器(13)为日立公司的KP‑F120CL黑白图像传感器，分辨率为：1392*1040，CCD靶面2/3英寸，帧频30帧；镜头(14)为腾龙镜头，定焦镜头，镜头结构C口，滤镜口径，M30.5P＝0.5mm，最大光圈22，最小光圈14，焦距16mm；Midwest滤镜，共有BP365‑30.5，BP465‑30.5，BP550‑30.5，BP650‑30.5；所述的高清成像单元，相机固定架(9)由硬铝加工而成，总共八个零件，组装到一起，底面有12个孔；哈苏相机(10)，是哈苏H3DII‑39，传感器：44.2*33.1mm，有效像素：3900万；显示屏尺寸：3英寸；显示屏为TFT液晶屏；连拍速度：1.4张/秒；快门速度：32‑1/800秒T门，B快门长时曝光；电池类型：1850mAh锂电池盒，包含3×CR‑123锂电池；续航能力：拍摄250幅；镜头(11)为HC80/2.8镜头，该镜头是H系列的标准镜头，可确保极好的颜色校正，均匀的像场和低失真，大口径便于在弱光下拍摄；所述的高清相机触发单元，包含一个串口，一个SD卡槽，一个3.5mmTRS接口；所述的GPS天线(15)为一款双频双系统天线，型号为ANT‑42GNSSA‑TW，可接收GPS L1/L2/L5/L‑band及GLONASS L1/L2，航空743标准，白色，TNC连接器；所述的IMU(16)是SPAN‑CPT，一体式封装的GPS+INS系统，内置NovAtel高性能GPS板卡和IMU，IMU由光纤陀螺(FOG)和微机电系统MEMS加速度计组成，SPAN‑CPT可用的定位模式包括单点、SBAS、L‑band和RTK方式，支持零速修正ZUPT，可选多种定位模式即SBAS、L‑band、RTK，100Hz数据更新率，MTBF>10，000小时，接口包括一个串口以及一个PPS秒脉冲接口；所述的图像存储单元(6)是一种并行的四路图像存储系统，存储器的大小2048G，有四个CAMlink接口，一个授时接口；所述的供电转换单元(7)输入DC24V，输出一路DC19V，5A，5路DC12V，2A，一路DC7.2V，2A；所述上位机(8)为至少具有一个串口或是USB接口，3个ESATA接口，系统内存大于2GB，显卡内存大于256M，支持Windows XP操作系统的笔记本电脑，电脑中至少安装有惯性测量导航软件；上位机单元(8)及控制软件实现过程如下：步骤1)、首先给惯性测量单元(5)、多光谱成像单元(2)、高清成像单元(3)、高清相机触发单元(4)，和图像存储单元(6)上电，然后再给上位机单元(8)供电，这时图像存储单元的面板上给出设备工作是否正常的指示；步骤2)、打开上位机惯性测量软件，看惯性测量单元是否快速对准成功；步骤3)、打开Coreview软件，配置相机参数和授时的时钟源，开始采集图像；步骤4)、当惯性测量单元(5)对准成功后，pps秒脉冲信后会传给高清相机触发单元(4)，这时会听到继电器吸合的声音，高清相机快门的声音也会出现，表示高清成像单元(3)工作正常；步骤5)、上位机单元(8)中的配准软件对采集的多光谱图像配准，配准的方法利用Opcv中已有的算法，并以高清同一位置的图像对多光谱配准的图像进行校正，以提高配准的精度。