基于无人机成像高光谱的作物覆盖度提取研究
——四川双利合谱科技有限公司
一、测试原理及方法：
基于无人机成像高光谱的作物覆盖度提取研究（一）
高光谱成像技术是近二十年来发展起来的基于非常多窄波段的影像数据技术，其*突出的应用是遥感探测领域，并在越来越多的民用领域有着更大的应用前景。它集中了光学、光电子学、电子学、信息处理、计算机科学等领域的先进技术，是传统的二维成像技术和光谱技术有机的结合在一起的一门新兴技术。
高光谱成像技术的定义是在多光谱成像的基础上，在从紫外到近红外（200-2500nm）的光谱范围内，利用成像光谱仪，在光谱覆盖范围内的数十或数百条光谱波段对目标物体连续成像。在获得物体空间特征成像的同时，也获得了被测物体的光谱信息。
目标物体-成像物镜-入射狭缝-准直透镜-PGP-聚焦透镜-CCD棱镜-光栅-棱镜：PGP
图1 成像原理图
光谱仪的光谱分辨率由狭缝的宽度和光学光谱仪产生的线性色散确定。*小光谱分辨率是由光学系统的成像性能确定的（点扩展大小）。
成像过程为：每次成一条线上的像后（X方向），在检测系统输送带前进的过程中，排列的探测器扫出一条带状轨迹从而完成纵向扫描（Y方向）。综合横纵扫描信息就可以得到样品的三维高光谱图像数据。
图2 像立方体
图3 GaiaSky-min高光谱成像仪
图4 基于无人机的GaiaSky-min高光谱成像系统
基于无人机成像高光谱的作物覆盖度提取研究（一）
GaiaSky-mini高光谱成像系统是针对小型旋翼无人机开发的高性价比机载高光谱成像系统。采用**的内置扫描系统和增稳系统，成功克服了小型无人机系统搭载推扫式高光谱相机时，由于无人机系统的震动造成的成像质量差的问题。为高光谱成像技术在目标识别、伪装与反伪装等**领域，地面物体与水体遥测、现代精细农业等生态环境监测等领域的广泛应用奠定了基础。
基于无人机成像高光谱的作物覆盖度提取研究（一）
可搭载于轻型旋翼无人机，极低的系统成本与测试成本
采用悬停拍摄方式，无需高精度惯导系统，图像实时自动拼接
操作方便，无需专业无人机操控手，可实现单人操作
图像实时回传，监控拍摄效果
辅助取景摄像头实现真正的所见即所得
数据预览及矫正功能：辐射度校正、反射率校正、区域校正支持批处理
数据格式**兼容Evince、Envi等第三方数据分析软件
支持Win7-32位或64位系统
基于无人机成像高光谱的作物覆盖度提取研究（一）
相机规格参数表
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型号（GaiaField-mini）
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谱仪特性
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光谱范围
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400-1000（nm）
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光谱分辨率（30um）
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4nm+-0.5nm
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数值孔径
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F/2.8
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有效狭缝长度
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8.9(mm)
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总效率
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>50%
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相机特性
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传感器
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CCD Sony ICX285，逐行扫描
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全幅像素
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1392 （空间维）x 1040（光谱维）
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像素间距
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6.45（um）
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相机输出
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16（bit）
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连接方式
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USB 2.0
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耗电量
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约2.5w
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工作电压
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5V
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系统特性
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拍摄方式
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悬停（内置扫描）
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搭载平台
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旋翼无人机、无人飞艇、无人直升机等可悬停飞行器
推荐：大疆Ｓ１０００
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飞行高度
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<1000米（决定于无人机**飞行高度）
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镜头
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18.5,23mm（可选）
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横向视角
(FOVac，°)
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27@18.5mm,21@23mm
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横向视场
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234米@18.5mm,186米@23mm（飞行高度500米）
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扫描视场(°)
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33.5@18.5mm,26@23mm
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Bin方式
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1X
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2X(推荐)
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4X
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空间分辨率（@23mm,高度500米）
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0.17m@18.5
0.14m@23mm
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0.34m@18.5
0.27m@23mm
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0.67m@18.5
0.53m@23mm
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扫描速度
(line images/s)
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30
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60
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84
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单幅拍摄速度（秒）
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60
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15
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7
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重量
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相机（含内置扫描）1.3Kg
增稳云台：1.7kg
数采及控制器及电池：0.9kg
总重<4kg
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电池
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容量40Wh(工作时间>2小时)
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基于无人机成像高光谱的作物覆盖度提取研究（一）
产品详细清单
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名称
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型号
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说明
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高光谱成像仪
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GaiaSky-mini
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光谱范围400~1000nm, 光谱分辨率4nm 0.5nm
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成像镜头
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OL及OLE系列镜头，标配：Hsia-OL23
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23mm，C-mount,400~1000nm
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悬疑无人机（大疆）
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S1000
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含有：DJI S1000八轴航拍机，DJI A2飞控，DJI iosd视频叠加，DJI5.8G图传, 10寸标清 显示器+HDMI转接线, pl8充电器, 充电保姆，FUTABA 8J遥控器，FUTABA 14SG遥控器，模拟器，2.4G地面站
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高空下落缓速系统
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DJI DROPSAFE
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含降落伞一套，及备用CO2气瓶一组
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采集控制系统
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GaiaSky-mini-CP
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250G SSD，4G内存
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电池
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6S
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16000mAh, 22.2V,355.2Wh
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增稳云台
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GaiaSky- gimbal
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无刷云台重量,
BGM5208电机
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数据采集软件
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specview
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光谱相机控制，数据采集，自动曝光，自动扫描速度，辅助摄像头功能，支持远程遥控，支持巡航+惯导（BGC IG-500N）采集模式，数据支持ENVI等第三方分析软件。数据预处理功能：反射率校正、区域校正、辐射度校正、光谱及图像数据预览功能等（两年内免费更新）
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选配模块
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高精度组合航姿系统
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Ellipse-N INS/Gps
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功能：通过记录姿态及位置信息，实现巡航拍摄模式，
参数详见：http://www.sbg-systems.com
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无线数据链路
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GaiaSky-datalink
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功能：远程控制相机采集与停止
900MHz，功率1W（*大），传输距离*大达可22kg(户外/无线可视距离)
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