一种基于惯导数据的高光谱图像获取系统及方法

1.本发明涉及图像处理领域，特别是涉及一种基于惯导数据的高光谱图像获取系统及方法。


背景技术：

2.自主移动平台如地面机器人、无人机上常搭载有惯性导航(下面简称惯导)，惯导通过测量载体在惯性参考系的加速度并将它对时间进行积分，能够得到导航坐标系中的速度、偏航角和相对位置信息。因为惯导可以不依赖于外部信息，也不向外辐射能量，抗外界干扰能力很强所以能够完全依靠机载设备自主地完成导航任务，且工作环境可以为空中、地面乃至水下。由于分光器的作用，高光谱的一次成像由空间上的多条线排列组成，每一条线有某一特定波段的光谱信息，即一条线对应一个谱面，并由多个波段共同排列组成。要想获取二维信息，需要通过外部或内部推扫的方式多次拍照并将这些线性阵列拼接起来才能形成完整的平面图像和光谱数据采集。
3.高光谱技术目前应用广泛且有着巨大的前景，但是高光谱单次扫描所包含的数据信息太少，需要对其进行拼接。目前的拼接方法为利用特征点匹配、获取重叠区域等图像处理算法，后期处理时间长，难度大，适应性较差。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种基于惯导数据的高光谱图像获取系统及方法，提高了高光谱图像的拼接效率。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.一种基于惯导数据的高光谱图像获取系统，包括：自主移动平台，所述自主移动平台上设置有全球卫星导航系统接收器、惯性导航系统、高光谱相机和控制器；所述全球卫星导航系统接收器用于接收gnss信号；所述控制器用于根据所述gnss信号对所述惯性导航系统和所述高光谱相机进行统一授时；所述高光谱相机用于采集高光谱阵列图像和采集时刻值，所述惯性导航系统用于采集高光谱阵列图像中心点的相对位置信息和采集时刻值；所述控制器还用于利用所述高光谱相机获取的采集时刻值和所述惯性导航系统获取的采集时刻值，根据各帧高光谱阵列图像中心点的相对位置信息对各帧高光谱阵列图像进行拼接，获得拼接后的高光谱图像。
7.可选地，所述控制器还用于以所述惯性导航系统开始采集信息的起点为原点，根据各采集时刻值从所述惯性导航系统获取对应高光谱阵列图像中心点的相对位置信息，将每帧高光谱阵列图像按照中心点的相对位置信息放置于平面直角坐标系中，获得拼接后的高光谱图像。
8.可选地，所述自主移动平台包括地面移动机器人和无人机。
9.本发明公开了一种基于惯导数据的高光谱图像获取方法，包括：
10.通过全球卫星导航系统接收器接收gnss信号；
11.根据所述gnss信号为自主移动平台上的惯性导航系统和高光谱相机进行统一授时；
12.通过所述高光谱相机采集高光谱阵列图像和采集时刻值，通过所述惯性导航系统采集高光谱阵列图像中心点的相对位置信息和采集时刻值；
13.利用所述高光谱相机获取的采集时刻值和所述惯性导航系统获取的采集时刻值，根据各帧高光谱阵列图像中心点的相对位置信息对各帧高光谱阵列图像进行拼接，获得拼接后的高光谱图像。
14.可选地，所述利用所述高光谱相机获取的采集时刻值和所述惯性导航系统获取的采集时刻值，根据各帧高光谱阵列图像中心点的相对位置信息对各帧高光谱阵列图像进行拼接，获得拼接后的高光谱图像，具体包括：
15.以所述惯性导航系统开始采集信息的起点为原点，根据各采集时刻值从所述惯性导航系统获取对应高光谱阵列图像中心点的相对位置信息，将每帧高光谱阵列图像按照中心点的相对位置信息放置于平面直角坐标系中，获得拼接后的高光谱图像。
16.可选地，所述自主移动平台包括地面移动机器人和无人机。
17.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
18.本发明公开了一种基于惯导数据的高光谱图像获取系统及方法，基于惯性导航对高光谱图像进行拼接，不需要使用特征点匹配等复杂的图像处理算法，速度快，简单实用，只需要使用位置信息便可以实现拼接，提高了高光谱图像的拼接效率，并且本发明不受限于图像拼接方向，即有了位置信息可以横着、竖着、斜着拼接，因此不限制自主移动平台的移动方向，更加适合室外科研环境。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本发明一种基于惯导数据的高光谱图像获取系统结构示意图；
21.图2为本发明一种基于惯导数据的高光谱图像获取方法流程示意图；
22.符号说明：
23.1-全球卫星导航系统，2-全球卫星导航系统接收器，3-自主移动平台，4-惯性导航系统，5-高光谱相机。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.本发明的目的是提供一种基于惯导数据的高光谱图像获取系统及方法，提高了高光谱图像的拼接效率。
26.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
27.图1为本发明一种基于惯导数据的高光谱图像获取系统结构示意图，如图1所示，一种基于惯导数据的高光谱图像获取系统，包括：自主移动平台3，自主移动平台3上设置有全球卫星导航系统接收器2、惯性导航系统4、高光谱相机5和控制器；全球卫星导航系统接收器2用于接收gnss(全球卫星导航系统1)信号；控制器用于根据gnss信号对惯性导航系统4和高光谱相机5进行统一授时；高光谱相机5用于采集高光谱阵列图像和采集时刻值，惯性导航系统4用于采集高光谱阵列图像中心点的相对位置信息和采集时刻值；控制器还用于利用高光谱相机5获取的采集时刻值和惯性导航系统4获取的采集时刻值，根据各帧高光谱阵列图像中心点的相对位置信息对各帧高光谱阵列图像进行拼接，获得拼接后的高光谱图像。
28.控制器还用于以惯性导航系统4开始采集信息的起点为原点，根据各采集时刻值从惯性导航系统4获取对应高光谱阵列图像中心点的相对位置信息，将每帧高光谱阵列图像按照中心点的相对位置信息放置于平面直角坐标系中，获得拼接后的高光谱图像。
29.高光谱相机5与惯导固定于自主移动平台3上。
30.全球导航卫星系统定位是利用一组卫星的伪距、星历、卫星发射时间等观测量，同时还必须知道用户钟差。全球导航卫星系统是能在地球表面或近地空间的任何地点为用户提供全天候的3维坐标和速度以及时间信息的空基无线电导航定位系统。
31.采用的gnss卫星信号进行授时的原理为将gnss输出的1pps秒脉冲作为后级授时环节的基准秒脉冲。
32.全球卫星导航系统接收器2具体为基于gnss的授时接收机，通过基于gnss的授时接收机直接对惯性导航系统4和高光谱相机5进行授时，即时间同步。
33.一种基于惯导数据的高光谱图像获取系统的工作过程包括：
34.自主移动平台3开始工作后，高光谱相机5与惯导(惯性导航系统4)同时开始采集数据，采集过程中高光谱相机5与惯导互不干扰，独立采集信息。利用控制实现的高光谱相机5与惯导的统一授时，高光谱相机5采集到的信息为当前时刻的线性阵列图像(高光谱阵列图像)，惯导采集到的数据为高光谱阵列图像中心点的相对位置信息和当前时刻值。
35.待高光谱相机5新采集完毕后，利用高光谱相机5与惯导中采集时刻值一一对应，将高光谱每一帧的线性阵列图像的中心点与该中心点的相对位置信息匹配起来，即得到中心点的相对位置信息。
36.取高光谱相机5与惯导开始采集信息的起始点为原点，将高光谱相机5采集的每一帧高光谱阵列图像按照中心点的相对坐标位置信息一一摆放在平面直角坐标系，最终实现拼接。
37.自主移动平台3包括地面移动机器人、无人驾驶车和无人机。
38.本发明基于惯性导航对高光谱图像进行拼接，不需要使用特征点匹配等复杂的图像处理算法，速度快，简单实用，只需要使用位置信息便可以实现拼接。
39.本发明不受限于图像拼接方向，即有了位置信息可以横着、竖着、斜着拼接，因此不限制自主移动平台的移动方向，更加适合室外科研环境。
40.图2为本发明一种基于惯导数据的高光谱图像获取方法流程示意图，如图2所示，
一种基于惯导数据的高光谱图像获取方法，包括：
41.步骤101：通过全球卫星导航系统接收器接收gnss信号。
42.步骤102：根据gnss信号为自主移动平台上的惯性导航系统和高光谱相机进行统一授时。
43.步骤103：通过高光谱相机采集高光谱阵列图像和采集时刻值，通过惯性导航系统采集高光谱阵列图像中心点的相对位置信息和采集时刻值。
44.步骤104：利用高光谱相机获取的采集时刻值和惯性导航系统获取的采集时刻值，根据各帧高光谱阵列图像中心点的相对位置信息对各帧高光谱阵列图像进行拼接，获得拼接后的高光谱图像。
45.其中，步骤104具体包括：
46.以惯性导航系统开始采集信息的起点为原点，根据各采集时刻值从惯性导航系统获取对应高光谱阵列图像中心点的相对位置信息，将每帧高光谱阵列图像按照中心点的相对位置信息放置于平面直角坐标系中，获得拼接后的高光谱图像。
47.自主移动平台包括地面移动机器人和无人机。
48.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
49.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。