無人機(jī)機(jī)載高光譜成像系統(tǒng)是萊森光學(xué)（LiSen Optics）一款基于小型多旋翼無人機(jī)機(jī)載高光譜成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)由高光譜成像相機(jī)、穩(wěn)定云臺(tái)、機(jī)載控制與數(shù)據(jù)采集模塊、機(jī)載供電模塊等部分組。無人機(jī)機(jī)載高光譜成像系統(tǒng)采用了內(nèi)置掃描系統(tǒng)和增穩(wěn)系統(tǒng)，成功克服了小型無人機(jī)系統(tǒng)搭載推掃式高光譜相機(jī)時(shí)，由于無人機(jī)系統(tǒng)的震動(dòng)造成的成像質(zhì)量差的問題，同時(shí)具有高光譜分辨率和優(yōu)異的成像性能。
無人機(jī)機(jī)載高光譜成像系統(tǒng)配合定制開發(fā)的高性能穩(wěn)定云臺(tái)，能夠有效降低飛行過程中無人機(jī)抖動(dòng)引起的圖像扭曲與模糊。該系統(tǒng)與大疆M600 pro無人機(jī)適配，同時(shí)支持同類型的多種無人機(jī)，無人機(jī)機(jī)載高光譜成像系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水環(huán)境等行業(yè)領(lǐng)域，系統(tǒng)支持配件升級(jí)及定制化開發(fā)，為教育科研、智慧農(nóng)業(yè)、目標(biāo)識(shí)別、軍事反等行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域提供了高性價(jià)比解決方案。
典型應(yīng)用
技術(shù)優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)
2 光譜范圍400-1000nm，分辨率優(yōu)于3nm
2 高性能分光系統(tǒng)、大靶面CCD圖像傳感器，高靈敏度、高像質(zhì)
2 全靶面高成像質(zhì)量光學(xué)設(shè)計(jì)，點(diǎn)列斑直徑小于0.5像元
2 高光譜分辨率，大視場，數(shù)據(jù)采集效率高目標(biāo)光譜實(shí)時(shí)匹配搜索功能
2 懸停拍攝與無人機(jī)推掃兩種工作模式，無需高精度慣導(dǎo)系統(tǒng)，圖像實(shí)時(shí)自動(dòng)拼接·操作方便
2 監(jiān)控拍攝效果·輔助取景攝像頭實(shí)時(shí)可見，無需專業(yè)無人機(jī)操控手，可實(shí)現(xiàn)單人操作·圖像實(shí)時(shí)回傳
2 通過地面站實(shí)時(shí)觀測飛機(jī)采樣地點(diǎn)并可利用地面站設(shè)置逐點(diǎn)采集的航線·數(shù)據(jù)預(yù)覽及矯正功能
2 輻射度校正、反射率校正、區(qū)域校正支持批處理
2 實(shí)時(shí)常用植被指數(shù)計(jì)算功能：歸一化植被指數(shù)（NDVI）、比值植被指數(shù)（RV）、增強(qiáng)植被指數(shù)（E/I）、大氣阻抗植被指數(shù)（ARVI）、改進(jìn)紅邊比值植被指數(shù)（mSR705）、、Vogelmann紅邊指數(shù)（VOG）、光化學(xué)植被指數(shù)（PR）、結(jié)構(gòu)不敏感色素指數(shù)（SIP）、歸一化氮指數(shù)（NDNI）、類胡蘿卜素反射指數(shù)1（CR11）、類胡蘿卜素反射指數(shù)2（CRI2）、花青素反射指數(shù)1（AR11）、花青素反射指數(shù)2（ARI2）、水波段指數(shù)（WB1）、歸一化水指數(shù)（NDW）、水分脅迫指數(shù)（MS）、歸一化紅外指數(shù)（ND）、歸一化木質(zhì)素指數(shù)（NDL）、纖維素吸收指數(shù)（CAl）、植被衰減指數(shù)（PSRI）、調(diào)整土壤亮度的
2 支持自定義實(shí)時(shí)分析模型輸入功能
2 數(shù)據(jù)格式兼容Evince、Envi、SpecSight等數(shù)據(jù)分析軟件
數(shù)據(jù)采集分析軟件介紹
采集功能：光譜相機(jī)控制，數(shù)據(jù)采集，自動(dòng)曝光，自動(dòng)掃描速度匹配，輔助攝像頭功能，支持遠(yuǎn)程遙控，支持巡航+慣導(dǎo)采集模式，數(shù)據(jù)支持ENVI等第三方分析軟件。數(shù)據(jù)預(yù)處理功能：反射率校正、區(qū)域校正、輻射度校正、光譜及圖像數(shù)據(jù)預(yù)覽功能等（一年內(nèi)免費(fèi)更新）。
案例應(yīng)用
主要技術(shù)指標(biāo)
無人機(jī)高光譜在各領(lǐng)域的應(yīng)用
一、農(nóng)林領(lǐng)域應(yīng)用
l 農(nóng)林災(zāi)害監(jiān)測
運(yùn)用高光譜圖像監(jiān)測農(nóng)作物遭受病蟲害的程度和作物的長勢(shì)，根據(jù)圖像的顏色判斷病害程度。如下圖：
農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測 |
利用森林植被覆蓋度和土壤的相關(guān)指數(shù)監(jiān)測森林火災(zāi)的發(fā)生和燃燒嚴(yán)重程度，對(duì)大面積的森林火災(zāi)評(píng)估有重要的經(jīng)濟(jì)作用。
森林火災(zāi)監(jiān)測 |
l 精細(xì)農(nóng)林業(yè)數(shù)據(jù)監(jiān)測
高光譜遙感在農(nóng)業(yè)應(yīng)用中監(jiān)測作物的養(yǎng)分供應(yīng)狀況，對(duì)于及時(shí)了解作物的長勢(shì)，采取有效的增產(chǎn)措施均具有積極的意義，主要針對(duì)作物養(yǎng)分失調(diào)的形態(tài)診斷和化學(xué)分析適用于有限面積的作物及土壤的診斷和分析。另外，當(dāng)作物不止一種時(shí)，快速分類識(shí)別就非常重要，因?yàn)椴煌魑铮柿戏N類和用量都不一樣，如果只根據(jù)長勢(shì)圖施肥可能導(dǎo)致一些作物施肥過量而另一些施肥不足。無人機(jī)高光譜系統(tǒng)相比多光譜系統(tǒng)有更多譜段和更高光譜分辨率，因而可以在不同波長段獲取不同作物的不同響應(yīng)，進(jìn)而達(dá)到快速有效識(shí)別。其識(shí)別率可高達(dá)95%。
l 植被/農(nóng)林生態(tài)調(diào)查
植被中的非光合作用組分用傳統(tǒng)寬帶光譜無法測量，而用高光譜對(duì)植被組分中的非光合作用組分進(jìn)行測量和分離則較易實(shí)現(xiàn)。因此，可以通過高光譜遙感定量分析植冠的化學(xué)成分，監(jiān)測由于大氣和環(huán)境變化引起的植物功能的變化。
葉面積指數(shù)估算 |
2 植被群落、植被種類的分類與識(shí)別；
2 冠層結(jié)構(gòu)、狀態(tài)或活力的評(píng)價(jià)、冠層水文狀態(tài)與冠層生物化學(xué)性質(zhì)的估計(jì)；
2 葉片的基本生物物理化學(xué)成分的研究
AVIRIS植被種類制圖，驗(yàn)證精度可達(dá)90% |
農(nóng)作物生化組分填圖
二、水質(zhì)、地質(zhì)及環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域應(yīng)用
l 水質(zhì)監(jiān)測
高光譜遙感數(shù)據(jù)的精細(xì)光譜分辨率可用于識(shí)別和估算水體中葉綠素、單寧酸和沉淀物的含量。進(jìn)而監(jiān)測藻類生長和推斷水產(chǎn)研究中浮游生物的分布和魚群的位置。
2 估算和分析水域中d的吸收和散射成分，如葉綠素、浮游生物、不可溶解的有機(jī)質(zhì)、懸浮沉淀物、半淹沒水生植物；
2 識(shí)別和估算水域中葉綠素、黃色物質(zhì)及懸浮物的含量并用于水質(zhì)監(jiān)測；
2 通過對(duì)葉綠素的估算，監(jiān)視浮藻生長、浮游生物的分布位置和魚群位置，估算浮游生物的生物量和生產(chǎn)力。
l 地質(zhì)勘探/土壤監(jiān)測
高光譜遙感技術(shù)通過對(duì)地表礦物質(zhì)識(shí)別用于尋找礦產(chǎn)資源，尤其對(duì)熱液蝕變礦床的勘探有效，并用于地球化學(xué)填圖和地質(zhì)制圖。高光譜遙感已經(jīng)在地質(zhì)領(lǐng)域扮演了重用角色，依據(jù)實(shí)測的巖石礦物波譜特征，對(duì)不同巖石類型進(jìn)行直接識(shí)別，達(dá)到直接提取巖性的目的。
地質(zhì)巖性識(shí)別 |
地物中不同元素在光譜響應(yīng)中均對(duì)應(yīng)有不同的響應(yīng)波段。不同礦物在中遠(yuǎn)紅外波段區(qū)間的響應(yīng)會(huì)存在不同的差異。因此可以根據(jù)不同礦物的化學(xué)組分提取礦物的詳細(xì)信息。
礦物填圖與DTM制圖 |
l 環(huán)境監(jiān)測
紅邊位置是綠色植物的光譜曲線在680nm-760nm區(qū)間反射率增長的點(diǎn)，也就是曲線在此區(qū)間的拐點(diǎn)，紅邊位置向左或者向右移動(dòng)能夠間接反應(yīng)出植被的長勢(shì)及健康狀況，植被長勢(shì)好將向右移動(dòng)，長勢(shì)差將向左移動(dòng)，俗稱“藍(lán)移”。
l 大氣環(huán)境評(píng)價(jià)
利用MODIS推算大氣氣溶膠光學(xué)厚度 |
大氣中的分子和粒子成分在太陽反射光譜中有強(qiáng)烈反應(yīng)，常規(guī)寬波段遙感方法無法識(shí)別出由于大氣成分的變化而引起的光譜差異，高光譜由于波段很窄，能夠識(shí)別出光譜曲線的細(xì)微差異。
三、軍事領(lǐng)域應(yīng)用
根據(jù)目標(biāo)光譜與材料光譜特性的不同，利用高光譜技術(shù)可以從的物體中自動(dòng)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，在調(diào)查生產(chǎn)方面，超光譜成像光譜儀不但可探測目標(biāo)的光譜特性、存在狀況，甚至可分析其物質(zhì)成分，根據(jù)工廠產(chǎn)生煙霧的光譜特性，直接識(shí)別其物質(zhì)成分，從而可以判定工廠生產(chǎn)的種類，特別是攻擊性利用短波紅外高光譜成像識(shí)別戰(zhàn)場環(huán)境中網(wǎng)，上圖為真彩色原始圖像，下圖為經(jīng)過處理的網(wǎng)識(shí)別圖像。
