彩虹無人機搭載雙利高光譜成像係統飛行演示

彩虹無人機搭載雙利高光譜成像係統飛行演示

雙利合譜 趙靜遠 劉業林 黃智輝 周明好

• 背景介紹

2021年11月中國航天空氣動力技術研究院（航天十一院）航天彩虹無人機股份有限公司與江蘇雙利合譜科技有限公司共同完成基於彩虹無人機（CH-4）的de高gao光guang譜pu遙yao感gan成cheng像xiang飛fei行xing測ce試shi，任ren務wu取qu得de圓yuan滿man成cheng功gong。借jie助zhu航hang天tian十shi一yi院yuan的de飛fei行xing平ping台tai，江jiang蘇su雙shuang利li合he譜pu科ke技ji有you限xian公gong司si的de機ji載zai高gao光guang譜pu成cheng像xiang係xi統tong首shou次ci實shi現xian長chang航hang時shi、大麵積、高海拔、高溫差環境下（400nm~1700nm可見-近紅外）固定翼推掃飛行測試，相機核心指標得到充分印證。同時
，對采集的航帶高光譜數據進行拚接
、校正（大氣
、反射率等）和分類識別等處理也同步達到預期目的。

此次飛行測試，合作雙方充分利用了各自優勢（包括搭載平台的選擇、采集通訊控製的串聯以及數據處理等），為更好地服務於農業遙感、環境監測
、地質勘探、地震救災等應用領域提供了基於高光譜成像的技術支撐。

圖1 彩虹無人機搭載平台

圖3 雲南省怒江傈僳族自治州蘭坪豐華機場工作人員合影

圖4 全波段高光譜成像係統（無人機/有人機均可作為掛載平台）

• 高光譜遙感介紹

高(gao)光(guang)譜(pu)遙(yao)感(gan)技(ji)術(shu)是(shi)通(tong)過(guo)高(gao)光(guang)譜(pu)傳(chuan)感(gan)器(qi)探(tan)測(ce)物(wu)體(ti)反(fan)射(she)的(de)電(dian)磁(ci)波(bo)而(er)獲(huo)得(de)地(di)物(wu)目(mu)標(biao)的(de)空(kong)間(jian)和(he)頻(pin)譜(pu)數(shu)據(ju)。高(gao)光(guang)譜(pu)遙(yao)感(gan)的(de)出(chu)現(xian)使(shi)得(de)許(xu)多(duo)使(shi)用(yong)寬(kuan)波(bo)段(duan)無(wu)法(fa)探(tan)查(zha)到(dao)的(de)物(wu)體(ti)
，更(geng)加(jia)容(rong)易(yi)被(bei)傳(chuan)感(gan)器(qi)探(tan)測(ce)捕(bu)捉(zhuo)得(de)到(dao)，高(gao)光(guang)譜(pu)遙(yao)感(gan)技(ji)術(shu)的(de)出(chu)現(xian)具(ju)有(you)裏(li)程(cheng)碑(bei)意(yi)義(yi)。

2.1
、高光譜遙感的特點

（2）光譜響應範圍更廣和光譜分辨率高使得高光譜能夠更加精細地探測到被探測物的微小特征。 

（3）高光譜可以提供空間域和光譜域信息，也就是“譜像合一” 。

（4）數據量大且信息冗餘多。由於高光譜數據的波段多，數據量大
，相鄰波段之間的相關性比較高就使得信息冗餘度增加。

（5）高光譜遙感的數據描述模型多，能夠分析的更靈活。經常使用的 3 種模型有：圖像，光譜和特征模型。

2.2、高光譜成像的優勢

隨著高光譜成像光譜分辨率的提高，其探測能力也有所增強。因此
，與RGB和多光譜成像相比較
，高光譜成像有以下顯著優勢：

(1) 有you著zhe近jin似si連lian續xu的de地di物wu光guang譜pu信xin息xi。高gao光guang譜pu影ying像xiang在zai經jing過guo光guang譜pu反fan射she率lv重zhong建jian後hou，能neng獲huo取qu與yu被bei探tan測ce物wu近jin似si的de連lian續xu的de光guang譜pu反fan射she率lv曲qu線xian，與yu它ta的de實shi測ce值zhi相xiang匹pi配pei，將jiang實shi驗yan室shi中zhong被bei探tan測ce物wu光guang譜pu分fen析xi模mo型xing應ying用yong到dao成cheng像xiang過guo程cheng中zhong。

(2) 對(dui)於(yu)地(di)表(biao)覆(fu)蓋(gai)的(de)探(tan)測(ce)和(he)識(shi)別(bie)能(neng)力(li)極(ji)大(da)提(ti)高(gao)。高(gao)光(guang)譜(pu)數(shu)據(ju)能(neng)夠(gou)探(tan)測(ce)具(ju)有(you)診(zhen)斷(duan)性(xing)光(guang)譜(pu)吸(xi)收(shou)特(te)征(zheng)的(de)物(wu)質(zhi)
，能(neng)準(zhun)確(que)地(di)區(qu)分(fen)地(di)表(biao)植(zhi)被(bei)覆(fu)蓋(gai)類(lei)型(xing)和(he)道(dao)路(lu)地(di)麵(mian)材(cai)料(liao)等(deng)。

(3) 地形要素分類識別方法是多種多樣的。影像分類既可以采用如貝葉斯判別
、決策樹、神經網絡
、支(zhi)持(chi)向(xiang)量(liang)機(ji)等(deng)的(de)模(mo)式(shi)識(shi)別(bie)方(fang)法(fa)
，也(ye)可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)基(ji)於(yu)被(bei)探(tan)測(ce)物(wu)的(de)光(guang)譜(pu)數(shu)據(ju)庫(ku)的(de)光(guang)譜(pu)進(jin)行(xing)匹(pi)配(pei)的(de)方(fang)法(fa)。分(fen)類(lei)識(shi)別(bie)特(te)征(zheng)既(ji)可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)光(guang)譜(pu)診(zhen)斷(duan)特(te)征(zheng)
，也(ye)可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)特(te)征(zheng)選(xuan)擇(ze)與(yu)提(ti)取(qu)。

(4) 地di形xing要yao素su的de定ding量liang和he半ban定ding量liang分fen類lei識shi別bie將jiang成cheng為wei可ke能neng。在zai高gao光guang譜pu影ying像xiang中zhong能neng估gu計ji出chu多duo種zhong被bei探tan測ce物wu的de狀zhuang態tai參can量liang
，大da大da地di提ti高gao了le成cheng像xiang高gao定ding量liang分fen析xi的de精jing度du和he可ke靠kao性xing。

2.3高光譜成像的應用領域

高光譜如今主要被應用在民用方麵
，例如地質調查、植被遙感、農業監測、大氣遙感、水環境保護、災害環境遙感
、土壤調查
、林業遙感以及城市環境遙感等。軍用方麵主要利用高光譜圖像進行識別偽裝以及辨識固體
、液體、氣體和其它化學物質
；爭取更多更詳細地獲取戰場信息包括障礙物、地表特征和水下障礙等。

2.4 高光譜相機參數

在此次飛行測試中，由江蘇雙利合譜科技有限公司提供的機載高光譜相機詳細參數如表一所示。

表一 高光譜相機詳細參數

圖5為江蘇雙利合譜科技有限公司的高光譜成像係統在2000米高空下獲取的地物成像高光譜數據,從中獲取地麵的光譜信息並進行分析數據。

（1）可見-近紅外400-1000nm波段高光譜相機數據處理結果，如圖6
、圖7、圖8和圖9所示。

圖6 歸一化植被指數處理結果

圖7 紅邊歸一化植被指數處理結果

圖8 4 400-1000nm波段相機不同目標的光譜

圖9 400-1000nm波段相機分類識別結果

（2）近紅外900-1700nm波段高光譜相機數據處理結果，如圖10和圖11所示。（注：在1400nm附近是水汽吸收窗口）

• 高光譜遙感展望

江蘇雙利合譜科技有限公司將繼續秉承傳統優勢
，更好地展示在高光譜技術領域的創新和拚搏精神，努力從實踐中獲取更多、更全的寶貴經驗


，為我們的生產生活、科學研究等領域提供全套的產品和技術服務工作
，相信在2022年我們的技術和產品又會得到質地提升
，市場會更加客觀地接受我們
，繼續努力。

• 高光譜產品介紹 

圖12為江蘇雙利合譜科技有限公司的各類高光譜成像係統設備及分析軟件，下麵將一一展示。圖13為高光譜表型測試係統
；圖14為全波段有人機載高光譜成像係統；圖15 GaiaSky-mini3無人機載高光譜成像係統
；圖16 為高光譜激光雷達係統；圖17 顯微高光譜成像係統
；圖18 為專業分析軟件。

圖12 高光譜成像係統

圖13 表型測試係統

圖14 全波段有人機載高光譜成像係統

圖15 GaiaSky-mini3無人機載高光譜成像係統

圖16 高光譜激光雷達係統

圖17 顯微高光譜成像係統

圖18 專業分析軟件