一種畫幅式成像光譜數(shù)據(jù)的拼接方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種畫幅式成像光譜數(shù)據(jù)的拼接方法及 系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，成像高光譜遙感技術(shù)以圖譜合一，空間和光譜分辨率高等特點推進了農(nóng) 業(yè)遙感定量化發(fā)展，具有巨大的應(yīng)用潛力。特別是隨著無人機遙感的逐步成熟，利用無人機 載畫幅式成像光譜儀可以快速獲取光譜立方體，開展作物養(yǎng)分、病蟲害及產(chǎn)量品質(zhì)精確診 斷的研究與應(yīng)用成為國內(nèi)外的熱點。目前成像高光譜成像方式主要包括兩類，即線陣推掃 成像和畫幅式成像。線陣推掃式成像光譜儀必須通過逐線連續(xù)掃描才能獲得空間連續(xù)的數(shù) 據(jù)，所以主要用于穩(wěn)定的運動平臺，例如衛(wèi)星、航空及地面導(dǎo)軌等平臺。而畫幅式成像光譜 儀可以獲得瞬間的連續(xù)二維空間光譜數(shù)據(jù)，主要用于動態(tài)運動的非穩(wěn)定的無人機遙感平臺 或地面人工測量。成像光譜儀需要采集的數(shù)據(jù)量大小取決于三個因素：空間分辨率（固定 視場內(nèi)像元行數(shù)及列數(shù)）、光譜分辨率（波段數(shù)）及數(shù)據(jù)存儲位數(shù)。例如采用畫幅式成像 C⑶為1024 (行）*1024 (列），波段數(shù)100,存儲位數(shù)8bit，所以畫幅式成像光譜儀每成像一 次需要存儲傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量為100M。為此，當(dāng)無人機載成像光譜儀進行大范圍數(shù)據(jù)獲取時，將 要采集大量的光譜立方體，數(shù)據(jù)量將達到10-1000GB，現(xiàn)有的常規(guī)處理方法基本無法滿足如 此大數(shù)據(jù)量的光譜立方體拼接及后續(xù)光譜分析，極大限制了畫幅式成像光譜儀的應(yīng)用。 [0003] 只有完成光譜立方體的幾何拼接，才能進行后續(xù)的光譜信息提取和應(yīng)用分析。常 規(guī)的成像光譜幾何拼接需要對所有波段進行計算，導(dǎo)致計算量巨大，嚴重影響后續(xù)應(yīng)用分 析。目前，國內(nèi)外還沒有理想的解決無人機載成像高光譜幾何拼接方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供了一種畫幅式成像光譜數(shù)據(jù)的拼接方法及系 統(tǒng)，避免海量成像光譜數(shù)據(jù)全部波段同時拼接問題。
[0005] 第一方面，本發(fā)明提供一種畫幅式成像光譜數(shù)據(jù)的拼接方法，包括：
[0006] 采集畫幅式成像光譜立方體數(shù)據(jù)，根據(jù)所述立方體數(shù)據(jù)中的三個波段，分別合成 RGB圖像；
[0007] 通過空中三角測量方法，獲取所述RGB圖像拍攝位置的POS信息；
[0008] 根據(jù)所述POS信息，建立像平面坐標(biāo)與地理坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，根據(jù)所述轉(zhuǎn)換關(guān)系 對所述RGB圖像的像平面坐標(biāo)進行計算，獲取與所述像平面坐標(biāo)對應(yīng)的地理坐標(biāo)，并將所 述地理坐標(biāo)以多邊形矢量的格式進行空間疊加。
[0009] 可選的，所述三個波段包括：藍光波段、綠光波段和紅光波段。
[0010] 可選的，所述藍光波段為450nm，所述綠光波段為550nm，所述紅光波段為650nm。
[0011] 可選的，所述POS信息包括：經(jīng)度、煒度和高程。
[0012] 第二方面，本發(fā)明還提供了一種基于上述的畫幅式成像光譜數(shù)據(jù)的拼接方法的動 態(tài)光譜信息的提取方法，包括：
[0013] 獲取待提取動態(tài)光譜信息的地理坐標(biāo)；
[0014] 根據(jù)所述像平面坐標(biāo)與地理坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，獲取與所述地理坐標(biāo)對應(yīng)的像平面 坐標(biāo)；
[0015] 通過文件定位讀取方法，在畫幅式成像光譜立方體數(shù)據(jù)中提取與所述像平面坐標(biāo) 對應(yīng)的光譜信息。
[0016] 第三方面，本發(fā)明還提供了一種畫幅式成像光譜數(shù)據(jù)的拼接系統(tǒng)，包括：
[0017] 采集模塊，用于采集畫幅式成像光譜立方體數(shù)據(jù)；
[0018] 圖像合成模塊，用于根據(jù)所述立方體數(shù)據(jù)中的三個波段，分別合成RGB圖像；
[0019] 第一獲取模塊，用于通過空中三角測量方法，獲取所述RGB圖像拍攝位置的POS信 息；
[0020] 轉(zhuǎn)換關(guān)系建立模塊，用于根據(jù)所述POS信息，建立像平面坐標(biāo)與地理坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換 關(guān)系；
[0021] 第二獲取模塊，用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)換關(guān)系對所述RGB圖像的像平面坐標(biāo)進行計算， 并獲取與所述像平面坐標(biāo)對應(yīng)的地理坐標(biāo)，將所述地理坐標(biāo)以多邊形矢量的格式進行空間 置加。
[0022] 可選的，所述三個波段包括：藍光波段、綠光波段和紅光波段。
[0023] 可選的，所述藍光波段為450nm，所述綠光波段為550nm，所述紅光波段為650nm。
[0024] 可選的，所述POS信息包括：經(jīng)度、煒度和高程。
[0025] 第四方面，本發(fā)明還提供了一種基于上述的畫幅式成像光譜數(shù)據(jù)的拼接系統(tǒng)的動 態(tài)光譜信息的提取系統(tǒng)，包括：
[0026] 第三獲取模塊，用于獲取待提取動態(tài)光譜信息的地理坐標(biāo)；
[0027] 第四獲取模塊，用于根據(jù)所述像平面坐標(biāo)與地理坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，獲取與所述地 理坐標(biāo)對應(yīng)的像平面坐標(biāo)；
[0028] 信息提取模塊，用于通過文件定位讀取方法，在畫幅式成像光譜立方體數(shù)據(jù)中提 取與所述像平面坐標(biāo)對應(yīng)的光譜信息。
[0029] 由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供的一種畫幅式成像光譜數(shù)據(jù)的拼接方法及系 統(tǒng)，避免海量成像光譜數(shù)據(jù)全部波段同時拼接問題，利用成像光譜數(shù)據(jù)所有波段空間覆蓋 一致性特點，僅拼接其中三個波段，即可實現(xiàn)用戶任意查詢位置光譜信息的動態(tài)提取，這種 新方法破解了畫幅式成像光譜儀幾何拼接難題，為畫幅式成像光譜儀的廣泛應(yīng)用提供了支 撐。
【附圖說明】
[0030] 圖1為本發(fā)明一實施例提供的一種畫幅式成像光譜數(shù)據(jù)的拼接方法的流程示意 圖；
[0031] 圖2為本發(fā)明另一實施例提供的一種畫幅式成像光譜數(shù)據(jù)的拼接方法的流程示 意圖；
[0032] 圖3為本發(fā)明一實施例提供的動態(tài)光譜信息的提取方法的流程示意圖；
[0033] 圖4為本發(fā)明另一實施例提供的動態(tài)光譜信息的提取方法的流程示意圖；
[0034] 圖5為本發(fā)明一實施例提供的一種畫幅式成像光譜數(shù)據(jù)的拼接系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0035] 圖6為本發(fā)明一實施例提供的動態(tài)光譜信息的提取系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0036] 下面結(jié)合附圖，對發(fā)明的【具體實施方式】作進一步描述。以下實施例僅用于更加清 楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。
[0037] 圖1示出了本發(fā)明一實施例提供的一種畫幅式成像光譜數(shù)據(jù)的拼接方法的流程 示意圖，如圖1所示，該方法包括以下步驟：
[0038] 101、采集畫幅式成像光譜立方體數(shù)據(jù)，根據(jù)所述立方體數(shù)據(jù)中的三個波段，分別 合成RGB圖像；
[0039] 102、通過空中三角測量方法，獲取所述RGB圖像拍攝位置的POS信息；
[0040] 103、根據(jù)所述POS信息，建立像平面坐標(biāo)與地理坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，根據(jù)所述轉(zhuǎn)換 關(guān)系對所述RGB圖像的像平面坐標(biāo)進行計算，獲取與所述像平面坐標(biāo)對應(yīng)的地理坐標(biāo)，并 將所述地理坐標(biāo)以多邊形矢量的格式進行空間疊加。
[0041] 上述方法避免海量成像光譜數(shù)據(jù)全部波段同時拼接問題，利用成像光譜數(shù)據(jù)所有 波段空間覆蓋一致性特點，僅拼接其中三個波段，破解了畫幅式成像光譜儀幾何拼接難題， 為畫幅式成像光譜儀的廣泛應(yīng)用提供了支撐。
[0042] 下面通過具體的實施例對上述方法進行詳細說明。
[0043] 本實施例利用150個波段中的藍、綠、紅三個波段，結(jié)合無人機飛行輔助數(shù)據(jù)進行 各個光譜立方體對應(yīng)的高精度POS數(shù)據(jù)解算。根據(jù)POS數(shù)據(jù)實現(xiàn)所有彩色圖像的坐標(biāo)變 換及幾何拼接。保存拼接后的完成圖像和各彩色圖像變換后的地理坐標(biāo)。拼接的空間續(xù) 圖像用于用戶動態(tài)查詢光譜，POS數(shù)據(jù)用于原始圖像與拼接圖像間投影坐標(biāo)變換（行號，列 號-經(jīng)度，煒度）。當(dāng)用戶輸入查詢地理位置時，根據(jù)POS信息可計算出對應(yīng)的彩色圖像行 列號位置，進而再從原始的光譜立方體中按照行列號位置提取所有波段的光譜值。
[0044] 圖2是本發(fā)明技術(shù)方案的流程圖，畫幅式成像高光譜數(shù)據(jù)拼接及動態(tài)光譜提取方 法包括下列步驟：
[0045] (1)畫幅式成像光譜立方體數(shù)據(jù)采集：為了滿足后續(xù)空間三角測量需要，根據(jù)無 人機飛行高度、飛行速度、畫幅式成像光譜儀視場角（FOV)大小，計算出光譜儀采集頻率 V(Hz)
[0047] 其中，S為無人機飛行速度（m/s)，H為無人機飛行高度（m)，F(xiàn)OV為畫幅式光譜儀 視場角大?。ɑ《龋?，r為空間三角測量所需的像片重疊度（％)。
[0048] (2)從原始光譜立方體中抽取紅、綠、藍三個波段：對畫幅式成像光譜儀采集所有 光譜立方體（1024行*1024列*150波段），分別抽取每個立方體中的藍光波段（450nm)、綠 光波段（550nm)和紅光波段^50nm)三個波段，分別合成RGB彩色圖像。
[0049] (3)根據(jù)合成彩色影像求解高精度POS信息：根據(jù)彩色圖像拍攝重疊度，地面同一 點可以在多張像片上成像，可采用傳統(tǒng)攝影測量及空中三角測量方法，精確求解出各張彩 色圖像拍攝位置的精確POS信息，POS包括：經(jīng)度（XPOS)、煒度（YPOS)及高程（ZPOS);橫滾 (識）、俯仰（《)、航向（K)。由于畫幅式成像光譜儀所有波段空間范圍完全一致，所以解 算得到的POS信息也完全適用于每個光譜立方體的所有波段。
[0050] (4)根據(jù)解算的各彩色圖像POS信息，基于幾何共線方程建立像平面坐標(biāo)（行、 列）與地理坐標(biāo)（經(jīng)度、煒度）之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，
[0053] 其中ai，a2,a3;bpb2,b3;ci，c2, (：3分別代表幾何共線方程中像素坐標(biāo)向地理坐標(biāo) 轉(zhuǎn)換過程中在X、Y、Z三軸的旋轉(zhuǎn)、縮放及平移參數(shù)；(M，N)為彩色圖像像素坐標(biāo)；(X，Y，Z) 為幾何校正后地理坐標(biāo)；f為成像光譜儀焦距。
[0054] (5)計算所有彩色圖像地理范圍并空間疊加：利用像平面坐標(biāo)（行、列）與地理坐 標(biāo)（經(jīng)度、煒度）之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，對每個合成的彩色圖像的邊緣位置處的像素坐標(biāo)進行計 算，得到對應(yīng)的地理坐標(biāo)范圍，并以矢量多邊形格式分別存儲，文件名與該彩色圖像對應(yīng)的 光譜立方體文件名一致，