基于無人機(jī)遙感平臺(tái)圖像采集處理系統(tǒng)的研究.pdf

1、精細(xì)農(nóng)業(yè)要求掌握田間土壤肥力狀態(tài)和農(nóng)作物生長(zhǎng)狀態(tài)在時(shí)間上和空間上的差異性，生產(chǎn)人員針對(duì)這種差異性提出相應(yīng)的田間管理手段。遙感是獲取農(nóng)田信息的一種重要手段，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)遙感手段主要有衛(wèi)星遙感和載人飛機(jī)遙感，這兩種遙感方式成本高而且周期較長(zhǎng)無法滿足精細(xì)農(nóng)業(yè)提出的要求，甚至阻礙了精細(xì)農(nóng)業(yè)的發(fā)展和推廣。近年來隨著無人機(jī)技術(shù)在民用領(lǐng)域的擴(kuò)展，無人機(jī)成為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的一個(gè)新的研究熱點(diǎn)，利用無人機(jī)作為遙感平臺(tái)對(duì)農(nóng)田進(jìn)行低空遙感成為一種合理的設(shè)想。無人機(jī)具有

2、機(jī)動(dòng)靈活、操縱簡(jiǎn)單、成本低廉、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，它能夠在一定程度上擺脫天氣這一不可控因素對(duì)農(nóng)業(yè)遙感的限制。本論文基于無人機(jī)遙感平臺(tái)開發(fā)了一套遙感定點(diǎn)控制系統(tǒng)、介紹了圖像數(shù)據(jù)壓縮算法并開發(fā)了圖像數(shù)據(jù)的準(zhǔn)實(shí)時(shí)傳輸軟件，完善了無人機(jī)遙感平臺(tái)的功能，論文主要研究?jī)?nèi)容和取得成果有：
　　 (1)開發(fā)了一套基于ARM處理器的單反相機(jī)控制板。單反相機(jī)控制板是本論文的硬件核心，采用基于ARM11內(nèi)核的53C6410芯片，控制板使用5V2A的移動(dòng)電

3、源供電?？刂瓢迳显O(shè)計(jì)有：1)有線網(wǎng)絡(luò)模塊。有線網(wǎng)絡(luò)模塊可以在軟件調(diào)試階段通過網(wǎng)線與主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)該模塊能夠很好地工作，控制板與主機(jī)通過網(wǎng)線連接后網(wǎng)卡的驅(qū)動(dòng)模塊能夠立即識(shí)別并建立連接。2)USB模塊。控制板通過USB模塊與相機(jī)相連，控制板上的程序可以通過USB連接線向相機(jī)發(fā)送命令，相機(jī)可以通過USB連接線向控制板發(fā)送采集到的圖像數(shù)據(jù)。3)WiFi模塊。控制板通過WiFi模塊與地面接收機(jī)組成無線局域網(wǎng)，相機(jī)采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過壓縮后可以通

4、過這個(gè)無線局域網(wǎng)傳輸?shù)降孛?。?shí)際使用效果表明該控制板穩(wěn)定可靠，各模塊能夠協(xié)同工作。
　　 (2)向相機(jī)控制板移植了嵌入式Linux操作系統(tǒng)。通過分析比較幾種常用嵌入式操作系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)后，確定嵌入式Linux操作系統(tǒng)是最合適的，將該系統(tǒng)交叉編譯移植到控制板中。在PC機(jī)上安裝了桌面版Linux系統(tǒng)--Ubuntu的虛擬機(jī)，下載Linux內(nèi)核2.6.36，并在虛擬機(jī)里交叉編譯后用SD卡燒入控制板，由于要編譯和測(cè)試相機(jī)控制軟件，所以先選

5、用NFS作為臨時(shí)根文件系統(tǒng)。移植結(jié)果表明Ubuntu系統(tǒng)與本論文使用的相機(jī)控制軟件具有很好地兼容性，NFS根文件系統(tǒng)為嵌入式軟件開發(fā)提供了很大的便利。
　　 (3)向控制板移植相機(jī)控制軟件。Gphoto2是一款由Linux愛好者開發(fā)的數(shù)碼相機(jī)控制軟件，它遵循GPL協(xié)議，所有的源碼都是公開的，從其官網(wǎng)上下載源碼，針對(duì)ARM控制板配置移植信息，交叉編譯后移植安裝到控制板上。通過Gphoto2軟件能夠?qū)畏聪鄼C(jī)的絕大多數(shù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，

6、在本論文中使用了它的拍照指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)指令，其他參數(shù)在飛機(jī)起飛之前直接在相機(jī)上進(jìn)行設(shè)置。當(dāng)無人機(jī)起飛后遙感控制軟件不斷檢測(cè)無人機(jī)上GPS裝置傳回的GPS信號(hào)，當(dāng)它與預(yù)設(shè)值相同時(shí)調(diào)用Gphoto2的拍照命令進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)采集，并將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到開發(fā)板的內(nèi)存中。實(shí)驗(yàn)表明Nikon D90單反相機(jī)支持控制板上的Gphoto2軟件，控制板上發(fā)出的拍照命令被相機(jī)接收并執(zhí)行，圖像數(shù)據(jù)能夠及時(shí)地傳輸?shù)娇刂瓢宓拇鎯?chǔ)器上。
　　 (4)介紹了兩種類

7、型圖像壓縮算法。壓縮算法分為有損壓縮和無損壓縮，由于本論文采用的Nikon D90相機(jī)拍攝的圖片大小最大值不超過20MB，所以嘗試采用經(jīng)典的無損編碼算法--哈夫曼編碼法對(duì)相機(jī)獲得的NEF格式文件進(jìn)行壓縮，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該壓縮效果很不明顯。論文還討論了一種可能的高光譜圖像壓縮方法，為以后使用高光譜相機(jī)做一些準(zhǔn)備工作。
　　 (5)實(shí)現(xiàn)無線局域網(wǎng)圖像數(shù)據(jù)傳輸。本文分析討論了幾種無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，綜合考慮傳輸速度、傳輸距離以及可用性，