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      一種海洋溢油監(jiān)測(cè)用多光譜相機(jī)及成像處理方法

      文檔序號(hào):9665589閱讀:554來(lái)源:國(guó)知局
      一種海洋溢油監(jiān)測(cè)用多光譜相機(jī)及成像處理方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]本發(fā)明涉及一種海洋溢油監(jiān)測(cè)用多光譜相機(jī)及成像處理方法,屬于海洋溢油監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域,特別是涉及一種無(wú)人機(jī)載海洋溢油監(jiān)測(cè)多光譜相機(jī)。
      【背景技術(shù)】
      [0002]在海洋溢油事故發(fā)生后能夠快速響應(yīng),及時(shí)識(shí)別水面溢油,并繪制溢油的空間和厚度分布,對(duì)確定溢油回收計(jì)劃、溢油漂浮軌跡建模、分散劑處理效果評(píng)估等具有非常重要的作用。隨著航空光學(xué)遙感技術(shù)的進(jìn)步,機(jī)載光學(xué)成像大大促進(jìn)了溢油應(yīng)急響應(yīng)的效率,特別是多光譜相機(jī),能夠同時(shí)獲得水面的多個(gè)譜段的圖像信息,有效識(shí)別溢油區(qū)域并估算溢油厚度。合理選擇工作譜段的多光譜相機(jī)還能夠?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)化海洋溢油監(jiān)測(cè)。隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展,小型無(wú)人機(jī)平臺(tái)在溢油應(yīng)急響應(yīng)中表現(xiàn)出了非常優(yōu)異的性能,能夠快速布置,可適應(yīng)各種惡劣環(huán)境、避免人員傷害。
      [0003]現(xiàn)有的機(jī)載多光譜相機(jī)主要有切換濾光片的分時(shí)成像多光譜相機(jī)和多通道同時(shí)成像的相機(jī)陣列多光譜相機(jī)。分時(shí)成像多光譜相機(jī)由于每個(gè)譜段成像時(shí)間不一致,對(duì)機(jī)載平臺(tái)穩(wěn)定性要求非常高,并且需要精準(zhǔn)的圖像配準(zhǔn),后期圖像處理難度很大,光譜切換部件體積較大,難以實(shí)現(xiàn)小型化和云臺(tái)安裝?;谙鄼C(jī)陣列的多光譜相機(jī),雖然能夠?qū)崿F(xiàn)相機(jī)多通道同時(shí)成像,但是多相機(jī)的同步控制難度較大,并且多相機(jī)陣列體積較大,難以用于微型無(wú)人機(jī)平臺(tái)。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0004]本發(fā)明的目的是提供一種海洋溢油監(jiān)測(cè)用多光譜相機(jī)及成像處理方法,該多光譜相機(jī)具有體積小、重量輕、快照成像的優(yōu)點(diǎn),特別適合于微小型無(wú)人機(jī)平臺(tái)。
      [0005]本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)具體實(shí)現(xiàn):
      [0006]一種海洋溢油監(jiān)測(cè)用多光譜相機(jī),包括可見(jiàn)-近紅外鏡頭、可見(jiàn)-近紅外面陣光電探測(cè)器、多光譜濾光膜、控制與信號(hào)處理電路,所述可見(jiàn)-近紅外鏡頭的后側(cè)設(shè)置所述多光譜濾光膜、所述多光譜濾光膜的后側(cè)設(shè)置所述可見(jiàn)-近紅外面陣光電探測(cè)器,所述可見(jiàn)-近紅外面陣光電探測(cè)器與所述控制與信號(hào)處理器連接。
      [0007]優(yōu)選地,所述多光譜濾光膜鍍?cè)谒隹梢?jiàn)-近紅外面陣光電探測(cè)器的表面。
      [0008]所述多光譜濾光膜包括至少兩種濾光膜單元,所述至少兩種濾光膜單元具有不同的光譜透過(guò)率,并且均勻的間隔鋪設(shè)并覆蓋所述可見(jiàn)-近紅外面陣光電探測(cè)器的表面。
      [0009]所述至少兩種濾光膜單元的光譜透過(guò)率在400-1000nm范圍內(nèi)。
      [0010]進(jìn)一步的,任意兩種濾光膜單元的光譜透過(guò)譜段中心波長(zhǎng)相差至少30nm。
      [0011]所述多光譜濾光膜包括四種濾光膜單元,其對(duì)應(yīng)的中心波長(zhǎng)分別為450nm、550nm、600nm、710nm,半高寬均為10nm,四種濾光膜單元均勾間隔分布,各占總像元數(shù)的1/4。
      [0012]優(yōu)選地,還包括相機(jī)接口,所述相機(jī)接口與所述控制與信號(hào)處理電路連接。
      [0013]更進(jìn)一步的,還包括機(jī)械殼體,所述可見(jiàn)-近紅外鏡頭、可見(jiàn)-近紅外面陣光電探測(cè)器、多光譜濾光膜、控制與信號(hào)處理電路、相機(jī)接口置于所述機(jī)械殼體內(nèi)部。
      [0014]所述控制與信號(hào)處理電路包括CXD或CMOS探測(cè)器的驅(qū)動(dòng)控制電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路,及數(shù)字信號(hào)處理電路,相機(jī)接口電路根據(jù)要求可設(shè)計(jì)成LVDS接口或以太網(wǎng)接口。
      [0015]所述的可見(jiàn)-近紅外鏡頭,透過(guò)率在400-800nm范圍內(nèi),并且具有消色差設(shè)計(jì),鏡頭為定焦鏡頭,通過(guò)螺紋與相機(jī)外殼連接或通過(guò)法蘭盤(pán)與相機(jī)機(jī)械外殼螺釘連接。
      [0016]所述的可見(jiàn)-近紅外面陣光電探測(cè)器,可選擇硅基黑白面陣CXD或者CMOS探測(cè)器,探測(cè)波段在400-1000nm光譜范圍內(nèi)。
      [0017]所述的機(jī)械殼體采用鋁合金或鎂合金材料,并進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)。
      [0018]—種成像處理方法,使用所述海洋溢油監(jiān)測(cè)用多光譜相機(jī),一次曝光獲取一幅包含至少兩個(gè)光譜段信息的圖像,通過(guò)插值方法獲取每個(gè)譜段完整的圖像。通過(guò)對(duì)每個(gè)譜段完整的圖像組成的多光譜圖像進(jìn)行分析處理,得到一幅包含溢油信息和厚度分布的圖像。
      [0019]所述通過(guò)對(duì)每個(gè)譜段完整的圖像組成的多光譜圖像進(jìn)行分析處理,得到一幅包含溢油信息和厚度分布的圖像,具體包括:通過(guò)兩步算法對(duì)圖像中的每一個(gè)像素進(jìn)行判定:①首先采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法判斷有油/無(wú)油,得到一幅二進(jìn)制掩碼圖像;②采用基于比值的模糊算法將有油的像素再進(jìn)一步歸類(lèi)為不同的油膜厚度,其中采用的比值包括不同通道有油的像素值與無(wú)油像素值的比值。
      [0020]通過(guò)上述處理,能夠獲得一幅包含了溢油信息和油膜厚度的溢油分布圖。
      [0021]采用上述方案實(shí)現(xiàn)的海洋溢油監(jiān)測(cè)用多光譜相機(jī),具有體積小、重量輕、快照式成像的優(yōu)點(diǎn),特別適合于微小型無(wú)人機(jī)平臺(tái),可實(shí)現(xiàn)快速海面溢油監(jiān)測(cè),是衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)和地面固定式溢油監(jiān)測(cè)的有益補(bǔ)充,為我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)與保護(hù)、溢油事故應(yīng)急處理提供及時(shí)有效的圖像/數(shù)據(jù)資料。
      【附圖說(shuō)明】
      [0022]下面根據(jù)附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
      [0023]圖1為海洋溢油監(jiān)測(cè)用多光譜相機(jī)原理圖;
      [0024]圖2為多光譜濾光膜示意圖;
      [0025]圖3為多光譜濾光膜通帶示意圖。
      【具體實(shí)施方式】
      [0026]如圖1所示,本發(fā)明實(shí)施例所述一種海洋溢油監(jiān)測(cè)用多光譜相機(jī),包括可見(jiàn)-近紅外鏡頭1、可見(jiàn)-近紅外面陣光電探測(cè)器3、多光譜濾光膜2、控制與信號(hào)處理電路4,所述可見(jiàn)-近紅外鏡頭的后側(cè)設(shè)置所述多光譜濾光膜、所述多光譜濾光膜的后側(cè)設(shè)置所述可見(jiàn)-近紅外面陣光電探測(cè)器,所述可見(jiàn)-近紅外面陣光電探測(cè)器與所述控制與信號(hào)處理器連接。
      [0027]圖1為海洋溢油監(jiān)測(cè)用多光譜相機(jī)原理圖。由可見(jiàn)-近紅外鏡頭I收集水面目標(biāo)反射光并成像于可見(jiàn)-近紅外面陣光電探測(cè)器3、多光譜濾光膜2直接鍍?cè)诿骊嚬怆娞綔y(cè)器成像面上,對(duì)目標(biāo)的成像光束進(jìn)行濾光后成像于對(duì)應(yīng)面陣光電探測(cè)器的像素單元,探測(cè)器控制與信號(hào)處理電路將探測(cè)器輸出的各像素模擬電信號(hào)按順序輸出,并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)行插值處理,處理之后的信號(hào)通過(guò)數(shù)字接口如LVDS或以太網(wǎng)口輸出。
      [0028]探測(cè)器可選用SONY公司的ICX694全局快門(mén)黑白CXD圖像傳感器,具有2736*2192像素,像元尺寸4.54um。
      [0029]控制與信號(hào)處理電路采用FPGA+DSP的核心架構(gòu),其中,F(xiàn)PGA可選用XC4VSX55,主要用于驅(qū)動(dòng)CCD或CMOS探測(cè)器輸出模擬電信號(hào)及數(shù)字信號(hào)的接口,DSP可選用TMS320C6457,用于對(duì)電信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換控制及數(shù)字信號(hào)的插值處理。
      [0030]優(yōu)選地,所述多光譜濾光膜粘接在所述可見(jiàn)-近紅外面陣光電探測(cè)器的表面。
      [0031]所述多光譜濾光膜包括至少2種濾光膜單元,所述至少兩種濾光膜單元具有不同的光譜透過(guò)率,并且均勻的間隔鋪設(shè)并覆蓋所述可見(jiàn)-近紅外面陣光電探測(cè)器的表面。
      [0032]所述至少兩種濾光膜單元的光譜透過(guò)率在400-1000nm范圍內(nèi)。
      [0033]進(jìn)一步的,任意兩種濾光膜單元的光譜透過(guò)譜段中心波長(zhǎng)相差至少30nm。
      [0034]如圖2至3所示,所述多光譜濾光膜包括四種濾光膜單元,其對(duì)應(yīng)的中心波長(zhǎng)分別為450nm、550nm、600nm、710nm,半高寬均為10nm,四種濾光膜單元均勾間隔分布,各占總像元數(shù)的1/4。
      [0035]優(yōu)選地,還包括相機(jī)接口 5,所述相機(jī)接口
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