基于無人機成像高光譜的作物覆蓋度提取研究
——四川雙利合譜科技有限公司
一、測試原理及方法：
基于無人機成像高光譜的作物覆蓋度提取研究（一）
高光譜成像技術是近二十年來發展起來的基于非常多窄波段的影像數據技術，其*突出的應用是遙感探測領域，并在越來越多的民用領域有著更大的應用前景。它集中了光學、光電子學、電子學、信息處理、計算機科學等領域的先進技術，是傳統的二維成像技術和光譜技術有機的結合在一起的一門新興技術。
高光譜成像技術的定義是在多光譜成像的基礎上，在從紫外到近紅外（200-2500nm）的光譜范圍內，利用成像光譜儀，在光譜覆蓋范圍內的數十或數百條光譜波段對目標物體連續成像。在獲得物體空間特征成像的同時，也獲得了被測物體的光譜信息。
目標物體-成像物鏡-入射狹縫-準直透鏡-PGP-聚焦透鏡-CCD棱鏡-光柵-棱鏡：PGP
圖1 成像原理圖
光譜儀的光譜分辨率由狹縫的寬度和光學光譜儀產生的線性色散確定。*小光譜分辨率是由光學系統的成像性能確定的（點擴展大小）。
成像過程為：每次成一條線上的像后（X方向），在檢測系統輸送帶前進的過程中，排列的探測器掃出一條帶狀軌跡從而完成縱向掃描（Y方向）。綜合橫縱掃描信息就可以得到樣品的三維高光譜圖像數據。
圖2 像立方體
圖3 GaiaSky-min高光譜成像儀
圖4 基于無人機的GaiaSky-min高光譜成像系統
基于無人機成像高光譜的作物覆蓋度提取研究（一）
GaiaSky-mini高光譜成像系統是針對小型旋翼無人機開發的高性價比機載高光譜成像系統。采用**的內置掃描系統和增穩系統，成功克服了小型無人機系統搭載推掃式高光譜相機時，由于無人機系統的震動造成的成像質量差的問題。為高光譜成像技術在目標識別、偽裝與反偽裝等**領域，地面物體與水體遙測、現代精細農業等生態環境監測等領域的廣泛應用奠定了基礎。
基于無人機成像高光譜的作物覆蓋度提取研究（一）
可搭載于輕型旋翼無人機，極低的系統成本與測試成本
采用懸停拍攝方式，無需高精度慣導系統，圖像實時自動拼接
操作方便，無需專業無人機操控手，可實現單人操作
圖像實時回傳，監控拍攝效果
輔助取景攝像頭實現真正的所見即所得
數據預覽及矯正功能：輻射度校正、反射率校正、區域校正支持批處理
數據格式**兼容Evince、Envi等第三方數據分析軟件
支持Win7-32位或64位系統
基于無人機成像高光譜的作物覆蓋度提取研究（一）
相機規格參數表
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型號（GaiaField-mini）
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譜儀特性
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光譜范圍
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400-1000（nm）
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光譜分辨率（30um）
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4nm+-0.5nm
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數值孔徑
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F/2.8
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有效狹縫長度
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8.9(mm)
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總效率
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>50%
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相機特性
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傳感器
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CCD Sony ICX285，逐行掃描
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全幅像素
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1392 （空間維）x 1040（光譜維）
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像素間距
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6.45（um）
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相機輸出
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16（bit）
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連接方式
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USB 2.0
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耗電量
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約2.5w
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工作電壓
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5V
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系統特性
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拍攝方式
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懸停（內置掃描）
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搭載平臺
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旋翼無人機、無人飛艇、無人直升機等可懸停飛行器
推薦：大疆Ｓ１０００
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飛行高度
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<1000米（決定于無人機**飛行高度）
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鏡頭
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18.5,23mm（可選）
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橫向視角
(FOVac，°)
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27@18.5mm,21@23mm
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橫向視場
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234米@18.5mm,186米@23mm（飛行高度500米）
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掃描視場(°)
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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(推薦)
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4X
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空間分辨率（@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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掃描速度
(line images/s)
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30
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60
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84
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單幅拍攝速度（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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相機（含內置掃描）1.3Kg
增穩云臺：1.7kg
數采及控制器及電池：0.9kg
總重<4kg
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電池
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容量40Wh(工作時間>2小時)
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基于無人機成像高光譜的作物覆蓋度提取研究（一）
產品詳細清單
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名稱
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型號
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說明
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高光譜成像儀
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GaiaSky-mini
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光譜范圍400~1000nm, 光譜分辨率4nm 0.5nm
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成像鏡頭
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OL及OLE系列鏡頭，標配：Hsia-OL23
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23mm，C-mount,400~1000nm
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懸疑無人機（大疆）
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S1000
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含有：DJI S1000八軸航拍機，DJI A2飛控，DJI iosd視頻疊加，DJI5.8G圖傳, 10寸標清 顯示器+HDMI轉接線, pl8充電器, 充電保姆，FUTABA 8J遙控器，FUTABA 14SG遙控器，模擬器，2.4G地面站
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高空下落緩速系統
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DJI DROPSAFE
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含降落傘一套，及備用CO2氣瓶一組
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采集控制系統
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GaiaSky-mini-CP
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250G SSD，4G內存
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電池
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6S
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16000mAh, 22.2V,355.2Wh
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增穩云臺
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GaiaSky- gimbal
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無刷云臺重量,
BGM5208電機
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數據采集軟件
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specview
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光譜相機控制，數據采集，自動曝光，自動掃描速度，輔助攝像頭功能，支持遠程遙控，支持巡航+慣導（BGC IG-500N）采集模式，數據支持ENVI等第三方分析軟件。數據預處理功能：反射率校正、區域校正、輻射度校正、光譜及圖像數據預覽功能等（兩年內免費更新）
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選配模塊
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高精度組合航姿系統
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Ellipse-N INS/Gps
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功能：通過記錄姿態及位置信息，實現巡航拍攝模式，
參數詳見：http://www.sbg-systems.com
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無線數據鏈路
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GaiaSky-datalink
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功能：遠程控制相機采集與停止
900MHz，功率1W（*大），傳輸距離*大達可22kg(戶外/無線可視距離)
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