一种携带双镜头的观测无人机及观测方法

技术领域

本发明属于无人机本体观测技术领域，尤其涉及一种携带双镜头的观测无人机及观测方法。

背景技术

无人机本体是无人驾驶飞机的简称，它主要依靠无线电遥控或自身程序控制进行操作，而无需搭载人员。在进行地面观测时，无人机本体需要一个稳定的漫反射白板作为参照系来获取环境光光谱。在不同环境和不同地形使用漫反射白板时，需要人工手持或临时搭建适应的支架，这种方式稳定性较差且工作量较大，调节不够便捷，导致时间浪费。为了解决这些问题，有必要研发一种更加便捷且稳定的参照装置来获取环境光光谱，以确保无人机本体在观测过程中的准确性和效率，减少人工操作所需的时间和工作量。

发明内容

根据现有技术的不足，本发明的目的是提供一种携带双镜头的观测无人机及观测方法，使用两个镜头同时获取环境光光谱图像信息和原始目标光谱图像信息，利用差分处理实时获取真实目标光谱图像信息

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种携带双镜头的观测无人机，包括：

无人机本体，用于进行目标观测；

第一镜头，设在所述无人机本体上，下方设有漫反射白板，且所述第一镜头的镜头正对所述漫反射白板用于获取环境光光谱图像信息；

第二镜头，设在所述无人机本体上且设在所述第一镜头一侧，用于获取原始目标光谱图像信息；

差分处理模块，用于对环境光光谱图像信息和原始目标光谱图像信息进行差分处理获取真实目标光谱图像信息。

进一步地，所述漫反射白板设在无人机本体上或目标附近的地面上。

进一步地，所述无人机本体上设有支架，所述支架上设有第一连接板和第二连接板，所述第一连接板上固定有所述第一镜头，所述第一镜头上固定所述漫反射白板，所述第二连接板上固定有第二镜头。

进一步地，还包括设在支架上的第二调节器，所述第二调节器用于调节所述第二镜头的角度。

进一步地，所述第二调节器包括第二推动件和第二连接板，所述第二推动件的底端固定在所述支架上，伸长端固定在第二连接板上，所述第二连接板通过第二转轴固定在所述支架上。

进一步地，所述支架底部设有保护垫。

进一步地，所述差分处理模块中：

根据第一镜头能够采集得到环境光光谱图像信息得到环境噪声，通过高光谱图像去噪算法能够同时去除环境噪声以及原始目标光谱图像信息中的条带噪声、稀疏噪声和高斯噪声。

进一步地，利用第二镜头采集到原始目标光谱图像信息为

Y

其中，L为总波段数，N为总像素数，N＝H×W，H为影像行数，W为影像列数；

利用式(2)去除环境噪声：

Y＝Y

通过施加正则化约束去除条带噪声、稀疏噪声和高斯噪声，求解过程的表达式为：

其中，

进一步地，建立条带噪声垂直梯度平滑先验模型来消除条带噪声：

其中，

将l

建立脉冲噪声/坏点稀疏先验模型来消除脉冲噪声和坏点：

其中，

一种携带双镜头的观测方法，包括以下步骤：

控制无人机本体达到目标附近；

通过设在无人机本体上的第一镜头获取环境光光谱图像信息；

通过设在无人机本体上的第二镜头获取原始目标光谱图像信息；

通过差分处理模块对环境光光谱图像信息和原始目标光谱图像信息进行差分处理获取真实目标光谱图像信息。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

(1)本发明提供的一种携带双镜头的观测无人机及观测方法，使用两个镜头同时获取环境光光谱图像信息和原始目标光谱图像信息，利用差分处理实时获取真实目标光谱图像信息，无需在环境改变时不断调节漫反射白板等装置以获取当前环境光信息，有效减轻了人力成本，提高了工作效率。

(2)本发明提供的一种携带双镜头的观测无人机及观测方法，在差分处理中，通过高光谱图像去噪算法能够同时去除环境噪声以及原始目标光谱图像信息中的条带噪声、稀疏噪声和高斯噪声，得到更加准确地真实标光谱图像信息。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分。本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明第一实施例中的携带双镜头的观测无人机的示意图；

图2为本发明第二实施例中的携带双镜头的观测无人机的示意图；

图3为本发明携带双镜头的观测无人机的观测方法的流程图。

其中，1、无人机本体；2、支架；21、第一侧板；22、横板；23、第二侧板；3、第一推动件；4、第二推动件；5、第一连接板；6、第二连接板；7、第一镜头；8、第二镜头；9、保护垫；10、漫反射白板。

具体实施方式

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

相关技术中，无人机本体1只设置一个观测镜头，在不同环境和不同地形使用漫反射白板10时，需要人工手持或临时搭建适应的支架2稳定漫反射白板10来获取环境光光谱，这种方式稳定性较差且工作量较大，调节不够便捷，导致时间浪费。为解决这一问题，本发明提供一种携带双镜头的观测无人机，如图1和图2所示，包括无人机本体1、第一镜头7、第二镜头8和差分处理模块。

无人机本体1用于进行目标观测。

第一镜头7设在无人机本体1上，下方设有漫反射白板10，且第一镜头7的镜头正对漫反射白板10用于获取环境光光谱图像信息。

第二镜头8设在无人机本体1上且设在第一镜头7一侧，用于获取原始目标光谱图像信息。

差分处理模块用于对环境光光谱图像信息和原始目标光谱图像信息进行差分处理获取真实目标光谱图像信息。

在使用过程中，控制无人机本体1达到目标附近，通过第一镜头7获取环境光光谱图像信息，通过第二镜头8获取原始目标光谱图像信息，通过差分处理模块对环境光光谱图像信息和原始目标光谱图像信息进行差分处理获取真实目标光谱图像信息。

本发明中，为了方便放置漫反射白板10，漫反射白板10设在无人机本体1上或目标附近的地面上。

具体的，如图1和图2所示，当漫反射白板10设在无人机本体1上时，无人机本体1底部设有门形的支架2，门形的支架2包括依次相连的第一侧板21、横板22和第二侧板23，横板22固定在无人机本体1底部，第一侧板21和第二侧板23内侧分别设有第一连接板5和第二连接板6，第一连接板5底部固定有第一镜头7，第一镜头7下方固定有与第一镜头7间隔一定距离的漫反射白板10，第二连接板6上固定有第二镜头8。通常，第一镜头7与漫反射白板10间距为8-12厘米，本发明中，第一镜头7与漫反射白板10间距为10厘米。漫反射白板10通过螺栓固定在第一镜头7下方。

在本发明地第一实施例中，如图1所示，为了方便拍摄各个角度的目标，携带双镜头的观测无人机还包括设在支架2上的第二调节器，第二调节器用于调节第二镜头8的角度。

具体地，第二调节器包括第二推动件4和第二连接板6，第二推动件4的底端固定在支架2的横板22上，伸长端固定在第二连接板6上，第二连接板6通过转轴固定在支架2的第二侧板23上。在使用过程中，通过第二推动件4推动第二连接板6转动，调节第二镜头8的角度。

在本发明地第二实施例中，如图2所示，为了以防目标物体太大，需要转动第一镜头7，使第一镜头7转动到拍不到目标的地方，也就是使第一镜头7采集环境光而非目标物体的光谱信息，携带双镜头的观测无人机还包括设在支架2上的第一调节器，第一调节器用于调节第一镜头7的角度。

具体地，第一调节器包括第一推动件3和第一连接板5，第一推动件3的底端固定在支架2的横板22上，伸长端固定在第一连接板5上，第一连接板5通过转轴固定在支架2的第一侧板21上。在使用过程中，通过第一推动件3推动第一连接板5转动，调节第一镜头7的角度。

其中，第一推动件3和第二推动件4均为气缸或电动推杆。

本发明中，为了以在无人机本体1降落时保护第一镜头7镜头和第二镜头8镜头免受碰撞和损坏，支架2的第一侧板21底部和第二侧板23底部均设有保护垫9。保护垫9包括软垫和设在软垫外侧的海绵。

现有技术中，直接通过原始目标光谱图像信息与环境光光谱图像信息直接相减，去除环境噪声，得到的真实目标光谱图像信息并不准确，事实上，原始目标光谱图像信息还存在条带噪声、稀疏噪声和高斯噪声，本发明在差分处理模块中：

根据第一镜头7能够采集得到环境光光谱图像信息得到环境噪声，通过高光谱图像去噪算法能够同时去除环境噪声以及原始目标光谱图像信息中的条带噪声、稀疏噪声和高斯噪声。

具体的，利用第二镜头8采集到原始目标光谱图像信息为

Y

其中，L为总波段数，N为总像素数，N＝H×W，H为影像行数，W为影像列数；

利用式(2)去除环境噪声：

Y＝Y

通过施加正则化约束去除条带噪声、稀疏噪声和高斯噪声，求解过程的表达式为：

其中，

建立条带噪声垂直梯度平滑先验模型来消除条带噪声：

其中，

将l

建立脉冲噪声/坏点稀疏先验模型来消除脉冲噪声和坏点：

其中，

本发明还提供一种携带双镜头的观测方法，如图3所示，包括以下步骤：

步骤1、控制无人机本体1达到目标附近；

步骤2、通过设在无人机本体1上的第一镜头7获取环境光光谱图像信息；

通过设在无人机本体1上的第二镜头8获取原始目标光谱图像信息；

步骤3、通过差分处理模块对环境光光谱图像信息和原始目标光谱图像信息进行差分处理获取真实目标光谱图像信息。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。