一种用于图形图像转换的快速定标系统
阅读说明：本技术 一种用于图形图像转换的快速定标系统 (Quick calibration system for graphic image conversion ) 是由 焦龙 商建民 范江涛 陈姚姚 顾兴臣 于 2021-11-01 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于图形图像转换的快速定标系统,包括定标目标、定标环境、定标硬件设备和测量与实施流程,所述定标硬件设备包含有环境数据获取模块、定标地物光谱数据获取模块、辅助设备模块、数据处理模块和数据输送模块。本发明所述的一种用于图形图像转换的快速定标系统,通过在农场区域内选取典型的三组定标目标,并在自然环境下采用地面实时测量的方式对遥感器进行定标,简化了定标流程,便于实际操作中设备的布置、携带和移动,有利于检测设备在各个检测场地中进行辗转切换,同时可以准确且全面的获取定标目标处的空中、地面和大气环境等各项数据,提高结果的准确性。(The invention discloses a rapid calibration system for graphic image conversion, which comprises a calibration target, a calibration environment, calibration hardware equipment and a measurement and implementation process, wherein the calibration hardware equipment comprises an environment data acquisition module, a calibration ground object spectral data acquisition module, an auxiliary equipment module, a data processing module and a data transmission module. According to the rapid calibration system for graphic image conversion, three typical calibration targets are selected in a farm area, and a ground real-time measurement mode is adopted to calibrate a remote sensor in a natural environment, so that the calibration process is simplified, the arrangement, carrying and movement of equipment in actual operation are facilitated, the rolling switching of detection equipment in each detection field is facilitated, various data such as air, ground and atmospheric environment at the calibration targets can be accurately and comprehensively acquired, and the accuracy of results is improved.)
技术领域
本发明涉及农业领域，特别涉及一种用于图形图像转换的快速定标系统。
背景技术
遥感器是用来远距离检测地物和环境所辐射或反射的电磁波的仪器，在农业应用中，可以利用遥感技术对农作物面积、长势情况、产量估算、土壤墒情、病虫害等作物信息监测，有利于农业的发展，在遥感器获得图像信息的过程中，由于遥感器自身精度的限制和大气散射对电磁波传输的影响，导致遥感器获得的地物光谱数据与实际的光谱数据存在偏差，因此需要定期对遥感器进行定标，以获得精确的地面图像信息。
在定标流程中，不仅需要修建标准的定标靶标，同时需要地面工作人员提前在定标场地中布置各种检测设备，以便于在遥感器过境时同步测量大量的地面环境数据，但在实际操作过程中，在农场中建立标准靶标是不现实的，而对于环境数据的获取，由于设备种类多，布置分散，给数据的获取带来了很大的难度，使得实际操作中很难获得同步的准确的环境数据，为此，我们提出一种用于图形图像转换的快速定标系统。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种用于图形图像转换的快速定标系统，通过设有的环境数据获取模块、定标地物光谱数据获取模块和辅助设备模块采集定标流程中所需的精确数据，同时在农场区域内选取典型的三组定标目标，并在自然环境下采用无人机携带近地遥感器对地面进行实时测量的方式，并通过获取的地面环境数据和现有计算方法对遥感器进行定标，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种用于图形图像转换的快速定标系统，包括定标目标、定标环境、定标硬件设备和测量与实施流程，所述定标硬件设备包含有环境数据获取模块、定标地物光谱数据获取模块、辅助设备模块、数据处理模块和数据输送模块，所述定标地物光谱数据获取模块包括用于地物光谱数据检测的地物成像光谱仪、用于搭载地物成像光谱仪的多旋翼无人机、用于地物成像光谱仪与多旋翼无人机连接的连接平台，所述连接平台内侧转动连接有地物成像光谱仪。
进一步的，所述连接平台上端固定连接有起落架，所述起落架上端与多旋翼无人机固定连接，所述地物成像光谱仪的上端固定连接有姿态传感器，且地物成像光谱仪的入瞳处外侧设有距离传感器，地物成像光谱仪可以在连接平台内部转动，从而可以改变地物成像光谱仪的姿态，并通过姿态传感器和距离传感器检测出地物成像光谱仪的姿态位置和地物成像光谱仪的入瞳处与地物之间的距离，便于获得多组不同数据进行比较分析，提高测量精度，减小测量误差。
进一步的，所述连接平台包括连接套和球头座，所述连接套上端通过螺纹与多旋翼无人机的起落架固定连接，所述连接套下端固定连接有球头座，所述球头座上端中部通过螺纹固定连接有堵头，所述堵头下端转动连接有球头杆，所述球头杆外侧转动连接有滚珠，所述滚珠外侧与球头座转动连接，球头座和球头杆通过滚珠转动连接，在地物成像光谱仪的自身重力作用下可以使球头杆始终保持竖直状态，所述球头杆下端通过螺纹固定连接有固定套筒，所述固定套筒内部固定连接有微型马达一，微型马达一可以带动安装架和地物成像光谱仪在水平方向上自由转动，所述微型马达一主轴末端固定连接有安装架，所述安装架前端中部固定连接有微型马达二，所述微型马达二主轴末端与地物成像光谱仪固定连接，微型马达二带动地物成像光谱仪在竖直方向上自动摆动。
进一步的，所述定标目标包括用于大田作物种植的矩形农田、用于树木种植的具有明确边界的林地和用于农田灌溉的圆型储水池，通过设置三种不同类型的定标目标，便于对农场内所有地形进行覆盖，提高农场中不同地形的辨别率，所述矩形农田的海拔落差小于一米，这种设置能够排除地形因素对定标结果的干扰，提高定标精度，所述林地区域内种植的树木种类相同，同种类的树木反射率相同，且在相同的生长环境下树木的高度相近，可以排除高度因素对定标结果的干扰，提高定标精度。
进一步的，所述定标环境为遥感器过境时定标目标地所处环境，且定标环境的总云量介于0-1之间，总云量介于0-1之间为气象学中的晴朗天气，便于卫星发现定标目标，提高定标精度。
进一步的，所述环境数据获取模块包括用于检测大气气溶胶光学厚度的太阳光度计、用于大气中臭氧含量检测的臭氧探测器、用于大气中水含量和颗粒物含量检测的大气环境传感器、用于地面环境检测的温度传感器、用于地面环境检测的湿度传感器、用于地面环境检测的风速传感器、用于光照强度检测的光照度传感器和用于噪声检测的噪声传感器。
进一步的，所述辅助设备模块包括用于驱除目标区域飞禽的驱鸟器、用于驱除目标区域地面动物的警示装置、用于目标区域边界位置标记的隔离带，从而排除定标过程中的外界干扰，同时便于找到定标目标的边界位置，便于确定定标目标区域。
进一步的，所述测量与实施流程包括以下步骤：
步骤一：计算飞行器的具体过境时间，并根据气象部门的气象预报查询在过境时间内目标地上空的总云量，选择并确定总云量介于0-1之间的时间为定标时间；
步骤二：在定标农场中选择三个定标目标，分别为用于大田作物种植的矩形农田、用于树木种植的具有明确边界的林地和用于农田灌溉的圆型储水池，且矩形农田的海拔落差小于一米，林地区域内种植的树木种类相同；
步骤三：在三个定标目标区域边界设置隔离带用于目标区域边界位置标记，并在定标目标区域边界处设置驱鸟器和警示装置，以驱除目标区域内的所有飞禽和地面行走动物；
步骤四：通过环境数据获取模块的太阳光度计测量得到定标环境的大气气溶胶光学厚度值，通过臭氧探测器测量得到定标环境的大气中臭氧含量值，通过大气环境传感器测量得到定标环境的大气中水含量和颗粒物含量值，通过温度传感器测量得到定标环境的温度值，通过湿度传感器测量得到定标环境的湿度值，通过风速传感器测量得到定标环境的风速值，通过光照度传感器测量得到定标环境的光照强度值，通过噪声传感器测量得到定标环境的噪声强度值，将用于检测环境数据的各种传感器设备进行模块化处理，并将各传感器安装在移动设备上，如可移动的推车或者经过改造的车厢上，使其成为可携带或者可自行移动的环境数据获取终端，并在获取环境数据后将各测量数据通过3G/4G网络的形式同步传送至地面服务站；
步骤五：通过控制携带定标地物光谱数据获取模块的多旋翼无人机运行，将动地物成像光谱仪分别运行至三个定标目标的上空，并通过距离传感器测量地物成像光谱仪的入瞳处与定标目标间的距离，使地物成像光谱仪分别悬停在三个定标目标上空的固定位置，并启动地物成像光谱仪测量定标目标的光谱数据，并通过姿态传感器获取地物成像光谱仪的姿态位置，并通过连接平台变换地物成像光谱仪的姿态，以获取多组数据，并将测量得到的数据通过3G/4G网络传送至地面服务站；
步骤六：通过计算机设备将步骤四和步骤五得到的数据分析整理，然后将获取和计算得到的数据和参数带入大气辐射传输模型，求取遥感器入瞳时的辐射亮度，并计算出定标系数，根据计算结果进行误差分析，并根据分析结果讨论误差产生原因。
与现有技术相比，本发明的快速定标系统通过在农场区域内选取典型的三组定标目标，并在自然环境下采用地面实时测量的方式对遥感器进行定标，不仅可以提高定标速度，简化定标流程，同时可以提高定标的同步性和准确性。
与现有技术相比，本发明的快速定标系统通过设有的环境数据获取模块，环境数据获取模块包括用于检测大气气溶胶光学厚度的太阳光度计、用于大气中臭氧含量检测的臭氧探测器、用于大气中水含量和颗粒物含量检测的大气环境传感器、用于地面环境检测的温度传感器、用于地面环境检测的湿度传感器、用于地面环境检测的风速传感器、用于光照强度检测的光照度传感器和用于噪声检测的噪声传感器等，这类传感器均是成熟的技术，直接购买现有的产品即可，将上述用于检测环境数据的各种传感器设备进行模块化处理，并将各传感器安装在移动设备上，如可移动的推车或者经过改造的车厢上，使其成为可携带或者可自行移动的环境数据获取终端，解决了以往多种设备分散布置导致数据获取不同步的问题，不仅便于实际操作中设备的布置、携带和移动，有利于检测设备在各个检测场地中进行辗转切换，同时可以同步获取定标目标处的地面和大气环境等各项数据，为定标目标的校准提供参考数据，便于提高结果的准确性。
与现有技术相比，本发明的快速定标系统通过设有的定标地物光谱数据获取模块，借助多旋翼无人机可以使地物成像光谱仪悬停至指定高度，并获取定标目标处地物的光谱数据，同时起落架运行可以带动地物成像光谱仪在连接平台内部转动，从而可以改变地物成像光谱仪的倾斜角度，并通过姿态传感器和距离传感器检测出地物成像光谱仪的倾斜角度和地物成像光谱仪的入瞳处与地物之间的距离，便于获得目标处地物的多组不同角度的数据，便于后期进行比较分析，发现和排出异常数据，提高测量数据的准确性，减小测量误差。
与现有技术相比，本发明的快速定标系统通过设有的连接平台，无人机飞行过程中，球头座和球头杆通过滚珠转动连接，在地物成像光谱仪的自身重力作用下可以使球头杆始终保持竖直状态，从而使地物成像光谱仪与地面呈垂直状态，同时通过设置的微型马达一可以带动安装架和地物成像光谱仪在水平方向上自由转动，微型马达二可以带动地物成像光谱仪在竖直方向上自动摆动，通过姿态传感器来实现对地物成像光谱仪的姿态实时监测，并将检测信号发送至地面控制处，工作人员通过传来的姿态信息来调节微型马达一和微型马达二的运行状态，可以快速的调节地物成像光谱仪的姿态，以便于快速的获取所需数据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对本发明技术描述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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种用于图形图像转换的快速定标系统的整体结构流程图；
图2为本发明一种用于图形图像转换的快速定标系统的定标地物光谱数据获取模块结构示意图；
图3为本发明一种用于图形图像转换的快速定标系统的连接平台的安装结构示意图；
图4为本发明一种用于图形图像转换的快速定标系统的连接平台的结构爆炸图；
图5为本发明一种用于图形图像转换的快速定标系统的球头杆的安装结构示意图；
图6为本发明一种用于图形图像转换的快速定标系统的环境数据获取模块的安装结构示意图。
图中：1、定标目标；11、矩形农田；12、林地；13、储水池；2、定标环境；3、定标硬件设备；31、环境数据获取模块；310、太阳光度计；311、臭氧探测器；312、大气环境传感器；313、温度传感器；314、湿度传感器；315、风速传感器；316、光照度传感器；317、噪声传感器；32、定标地物光谱数据获取模块；321、地物成像光谱仪；322、多旋翼无人机；323、连接平台；32a、连接套；32b、球头座；32c、堵头；32d、球头杆；32e、滚珠；32f、固定套筒；32g、微型马达一；32h、安装架；32i、微型马达二；324、起落架；325、姿态传感器；326、距离传感器；33、辅助设备模块；331、驱鸟器；332、警示装置；333、隔离带；34、数据处理模块；35、数据输送模块；4、测量与实施流程。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明，为了更好地说明本发明的具体实施方式，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸，基于本发明中的具体实施方式，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具体实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1-6所示，一种用于图形图像转换的快速定标系统，包括定标目标1、定标环境2、定标硬件设备3和测量与实施流程4，定标硬件设备3包含有环境数据获取模块31、定标地物光谱数据获取模块32、辅助设备模块33、数据处理模块34和数据输送模块35，定标地物光谱数据获取模块32包括用于地物光谱数据检测的地物成像光谱仪321、用于搭载地物成像光谱仪321的多旋翼无人机322、用于地物成像光谱仪321与多旋翼无人机322连接的连接平台323，连接平台323内侧转动连接有地物成像光谱仪321。
定标目标1包括用于大田作物种植的矩形农田11、用于树木种植的具有明确边界的林地12和用于农田灌溉的圆型储水池13，矩形农田11的海拔落差小于一米，林地12区域内种植的树木种类相同。
定标环境2为遥感器过境时定标目标1地所处环境，且定标环境2的总云量介于0-1之间。
通过采用上述技术方案：通过在农场区域内选取典型的三组定标目标1，并在自然环境下采用地面实时测量的方式对遥感器进行定标，不仅可以提高定标速度，简化定标流程，同时可以提高定标的同步性和准确性。
实施例2
如图1-6所示，一种用于图形图像转换的快速定标系统，包括定标目标1、定标环境2、定标硬件设备3和测量与实施流程4，定标硬件设备3包含有环境数据获取模块31、定标地物光谱数据获取模块32、辅助设备模块33、数据处理模块34和数据输送模块35，定标地物光谱数据获取模块32包括用于地物光谱数据检测的地物成像光谱仪321、用于搭载地物成像光谱仪321的多旋翼无人机322、用于地物成像光谱仪321与多旋翼无人机322连接的连接平台323，连接平台323内侧转动连接有地物成像光谱仪321。
环境数据获取模块31包括用于检测大气气溶胶光学厚度的太阳光度计310、用于大气中臭氧含量检测的臭氧探测器311、用于大气中水含量和颗粒物含量检测的大气环境传感器312、用于地面环境检测的温度传感器313、用于地面环境检测的湿度传感器314、用于地面环境检测的风速传感器315、用于光照强度检测的光照度传感器316和用于噪声检测的噪声传感器317。
通过采用上述技术方案：通过环境数据获取模块31的太阳光度计310测量得到定标环境2的大气气溶胶光学厚度值，通过臭氧探测器311测量得到定标环境2的大气中臭氧含量值，通过大气环境传感器312测量得到定标环境2的大气中水含量和颗粒物含量值，通过温度传感器313测量得到定标环境2的温度值，通过湿度传感器314测量得到定标环境2的湿度值，通过风速传感器315测量得到定标环境2的风速值，通过光照度传感器316测量得到定标环境2的光照强度值，通过噪声传感器317测量得到定标环境2的噪声强度值，并将各测量数据通过3G/4G网络传送至地面服务站，将用于检测环境数据的各种传感器设备进行模块化处理，并将各传感器安装在改造的车厢上，如图6所示，使其成为可携带或者可自行移动的环境数据获取终端，解决了以往多种设备分散布置导致数据获取不同步的问题，不仅便于实际操作中设备的布置、携带和移动，有利于检测设备在各个检测场地中进行辗转切换，同时可以准确且全面的获取定标目标1处的空中、地面和大气环境等各项数据，便于提高结果的准确性。
实施例3
如图1-6所示，一种用于图形图像转换的快速定标系统，包括定标目标1、定标环境2、定标硬件设备3和测量与实施流程4，定标硬件设备3包含有环境数据获取模块31、定标地物光谱数据获取模块32、辅助设备模块33、数据处理模块34和数据输送模块35，定标地物光谱数据获取模块32包括用于地物光谱数据检测的地物成像光谱仪321、用于搭载地物成像光谱仪321的多旋翼无人机322、用于地物成像光谱仪321与多旋翼无人机322连接的连接平台323，连接平台323内侧转动连接有地物成像光谱仪321。
连接平台323的内侧设有起落架324，起落架324上端与多旋翼无人机322固定连接，地物成像光谱仪321的上端固定连接有姿态传感器325，且地物成像光谱仪321的入瞳处外侧设有距离传感器326。
通过采用上述技术方案：通过设有的定标地物光谱数据获取模块32，借助多旋翼无人机322可以使地物成像光谱仪321悬停至指定高度，并获取定标目标1处地物的光谱数据，地物成像光谱仪321可以在连接平台323内部转动，从而可以改变地物成像光谱仪321的悬停姿态，并通过姿态传感器325和距离传感器326检测出地物成像光谱仪321的姿态信息和地物成像光谱仪321的入瞳处与地物之间的距离，便于获得多组不同数据进行比较分析，提高测量精度，减小测量误差。
实施例4
如图1-6所示，一种用于图形图像转换的快速定标系统，包括定标目标1、定标环境2、定标硬件设备3和测量与实施流程4，定标硬件设备3包含有环境数据获取模块31、定标地物光谱数据获取模块32、辅助设备模块33、数据处理模块34和数据输送模块35，定标地物光谱数据获取模块32包括用于地物光谱数据检测的地物成像光谱仪321、用于搭载地物成像光谱仪321的多旋翼无人机322、用于地物成像光谱仪321与多旋翼无人机322连接的连接平台323，连接平台323内侧转动连接有地物成像光谱仪321。
连接平台323的内侧设有起落架324，起落架324上端与多旋翼无人机322固定连接，地物成像光谱仪321的上端固定连接有姿态传感器325，且地物成像光谱仪321的入瞳处外侧设有距离传感器326。
连接平台323包括连接套32a和球头座32b，连接套32a上端通过螺纹与多旋翼无人机322的起落架324固定连接，连接套32a下端固定连接有球头座32b，球头座32b上端中部通过螺纹固定连接有堵头32c，堵头32c下端转动连接有球头杆32d，球头杆32d外侧转动连接有滚珠32e，滚珠32e外侧与球头座32b转动连接，球头杆32d下端通过螺纹固定连接有固定套筒32f，固定套筒32f内部固定连接有微型马达一32g，微型马达一32g主轴末端固定连接有安装架32h，安装架32h前端中部固定连接有微型马达二32i，微型马达二32i主轴末端与地物成像光谱仪321固定连接。
通过采用上述技术方案：多旋翼无人机322飞行过程中，球头座32b和球头杆32d通过滚珠32e转动连接，在地物成像光谱仪321的自身重力作用下可以使球头杆32d始终保持竖直状态，从而使地物成像光谱仪321与地面呈垂直状态，同时通过设置的微型马达一32g可以带动安装架32h和地物成像光谱仪321在水平方向上自由转动，微型马达二32i可以带动地物成像光谱仪321在竖直方向上自动摆动，通过姿态传感器325来实现对地物成像光谱仪321的姿态实时监测，并将检测信号发送至地面控制处，工作人员通过传来的姿态信息来调节微型马达一32g和微型马达二32i的运行状态，可以快速的调节地物成像光谱仪321的姿态，以便于快速的获取所需数据。
需要说明的是，本发明为一种用于图形图像转换的快速定标系统，在使用时，首先计算飞行器的具体过境时间，并根据气象部门的气象预报查询在过境时间内目标地上空的总云量，选择并确定总云量介于0-1之间的时间为定标时间，在定标农场中选择三个定标目标1，分别为用于大田作物种植的矩形农田11、用于树木种植的具有明确边界的林地12和用于农田灌溉的圆型储水池13，且矩形农田11的海拔落差小于一米，林地12区域内种植的树木种类相同，在三个定标目标1区域边界设置隔离带333用于目标区域边界位置标记，并在定标目标1区域边界处设置驱鸟器331和警示装置332，以驱除目标区域内的所有飞禽和地面行走动物，通过环境数据获取模块31的太阳光度计310测量得到定标环境2的大气气溶胶光学厚度值，通过臭氧探测器311测量得到定标环境2的大气中臭氧含量值，通过大气环境传感器312测量得到定标环境2的大气中水含量和颗粒物含量值，通过温度传感器313测量得到定标环境2的温度值，通过湿度传感器314测量得到定标环境2的湿度值，通过风速传感器315测量得到定标环境2的风速值，通过光照度传感器316测量得到定标环境2的光照强度值，通过噪声传感器317测量得到定标环境2的噪声强度值，并将各测量数据通过3G/4G网络传送至地面服务站，通过控制定标地物光谱数据获取模块32的多旋翼无人机322运行，使其带动地物成像光谱仪321分别运行至定标目标1的上空，并通过距离传感器326测量地物成像光谱仪321的入瞳处与定标目标1间的距离，使地物成像光谱仪321分别悬停在三个定标目标1上空的固定位置，并启动地物成像光谱仪321测量定标目标1的光谱数据，待检测完成后，启动起落架324，起落架324带动地物成像光谱仪321转动，并通过姿态传感器325记录地物成像光谱仪321的倾斜角度，启动地物成像光谱仪321测量该倾角下定标目标1的光谱数据，并将测量得到的数据通过3G/4G网络传送至地面服务站，通过计算机设备将步骤四和步骤五得到的数据分析整理，然后将获取和计算得到的数据和参数带入大气辐射传输模型，求取卫星遥感器入瞳时的辐射亮度，并计算出定标系数，根据计算结果进行误差分析，并根据分析结果讨论误差产生原因。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
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