基于無人機遙感平臺圖像采集處理系統(tǒng)的研究.pdf

1、精細農業(yè)要求掌握田間土壤肥力狀態(tài)和農作物生長狀態(tài)在時間上和空間上的差異性，生產人員針對這種差異性提出相應的田間管理手段。遙感是獲取農田信息的一種重要手段，傳統(tǒng)的農業(yè)遙感手段主要有衛(wèi)星遙感和載人飛機遙感，這兩種遙感方式成本高而且周期較長無法滿足精細農業(yè)提出的要求，甚至阻礙了精細農業(yè)的發(fā)展和推廣。近年來隨著無人機技術在民用領域的擴展，無人機成為農業(yè)領域的一個新的研究熱點，利用無人機作為遙感平臺對農田進行低空遙感成為一種合理的設想。無人機具有

2、機動靈活、操縱簡單、成本低廉、安全可靠等優(yōu)點，它能夠在一定程度上擺脫天氣這一不可控因素對農業(yè)遙感的限制。本論文基于無人機遙感平臺開發(fā)了一套遙感定點控制系統(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)的準實時傳輸軟件，完善了無人機遙感平臺的功能，論文主要研究內容和取得成果有：
　　 (1)開發(fā)了一套基于ARM處理器的單反相機控制板。單反相機控制板是本論文的硬件核心，采用基于ARM11內核的53C6410芯片，控制板使用5V2A的移動電

3、源供電?？刂瓢迳显O計有：1)有線網絡模塊。有線網絡模塊可以在軟件調試階段通過網線與主機傳輸數(shù)據(jù)。經實驗該模塊能夠很好地工作，控制板與主機通過網線連接后網卡的驅動模塊能夠立即識別并建立連接。2)USB模塊?？刂瓢逋ㄟ^USB模塊與相機相連，控制板上的程序可以通過USB連接線向相機發(fā)送命令，相機可以通過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模塊與地面接收機組成無線局域網，相機采集到的數(shù)據(jù)經過壓縮后可以通

4、過這個無線局域網傳輸?shù)降孛妗嶋H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機上安裝了桌面版Linux系統(tǒng)--Ubuntu的虛擬機，下載Linux內核2.6.36，并在虛擬機里交叉編譯后用SD卡燒入控制板，由于要編譯和測試相機控制軟件，所以先選

5、用NFS作為臨時根文件系統(tǒng)。移植結果表明Ubuntu系統(tǒng)與本論文使用的相機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)向控制板移植相機控制軟件。Gphoto2是一款由Linux愛好者開發(fā)的數(shù)碼相機控制軟件，它遵循GPL協(xié)議，所有的源碼都是公開的，從其官網上下載源碼，針對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軟件能夠對單反相機的絕大多數(shù)參數(shù)進行設置，

6、在本論文中使用了它的拍照指令和數(shù)據(jù)存儲指令，其他參數(shù)在飛機起飛之前直接在相機上進行設置。當無人機起飛后遙感控制軟件不斷檢測無人機上GPS裝置傳回的GPS信號，當它與預設值相同時調用Gphoto2的拍照命令進行圖像數(shù)據(jù)采集，并將這些數(shù)據(jù)轉存到開發(fā)板的內存中。實驗表明Nikon D90單反相機支持控制板上的Gphoto2軟件，控制板上發(fā)出的拍照命令被相機接收并執(zhí)行，圖像數(shù)據(jù)能夠及時地傳輸?shù)娇刂瓢宓拇鎯ζ魃稀?br>　　 (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相機拍攝的圖片大小最大值不超過20MB，所以嘗試采用經典的無損編碼算法--哈夫曼編碼法對相機獲得的NEF格式文件進行壓縮，但實驗結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做一些準備工作。
　　 (5)實現(xiàn)無線局域網圖像數(shù)據(jù)傳輸。本文分析討論了幾種無線數(shù)據(jù)傳輸技術，綜合考慮傳輸速度、傳輸距離以及可用性，