本發(fā)明涉及一種超分重建的斜模高光譜成像地面試驗(yàn)裝置及方法，屬于對地觀測領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
光譜分辨率與空間分辨率始終是一對矛盾，但人們對高空間分辨率遙感圖像的需求永無止境。純軟件提升空間分辨率的方法是指不依賴硬件上的改進(jìn)，通過某些算法對采集到的影像進(jìn)行處理，以獲得空間分辨率更高、質(zhì)量更好的影像，但受算法限制，有局限性。純硬件方法是指單純依靠提升傳感器硬件水平的方式來達(dá)到提高影像空間分辨率的目的。純硬件方法提升分辨率主要有兩種：增加傳感器焦距和降低象元的尺寸，硬件制作難度大。近年有從改變采樣模式上提高分辨率的方法，硬件制作相對簡單。比如法國SPOT-5通過改變傳感器CCD陣列的排列結(jié)構(gòu)采用超模式成像或高模式成像。航空攝影系統(tǒng)ADS40的全色波段以及德國宇航中心的HSRS(HotSpotRecognitionSensors)也采用了和SPOT-5類似的設(shè)計。超模式或高模式成像硬件上限制嚴(yán)格，普通工藝難以實(shí)現(xiàn)，后續(xù)的空間校正方法也過于繁瑣。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的技術(shù)解決問題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種超分重建的斜模高光譜成像地面試驗(yàn)裝置及方法，改變傳統(tǒng)成像模式，采用斜模成像模式，僅改變高光譜高光譜線陣成像單元的成像角度，從而增加采樣密度。高光譜線陣成像單元以傾斜的方式移動，圖像的縱方向總長度減小(即幅寬減小)，采集的地物視場大小不變，等價于像元尺寸減小，則采樣密度增大，從硬件成像模式上提升高光譜空間分辨率，滿足對高空間分辨率提升的需求。本發(fā)明的技術(shù)方案：一種超分重建的斜模高光譜成像地面試驗(yàn)裝置，包括：支撐單元(1)、電動平移單元(2)、角度調(diào)節(jié)單元(3)、圖像存儲單元(4)、高光譜線陣成像單元(5)、供電轉(zhuǎn)換單元(6)和上位機(jī)單元(7)；其中：所述支撐單元(1)，為整個裝置的支撐平臺，包括支架(11)和帶有自鎖機(jī)構(gòu)的腳輪(12)；通過打開腳輪(12)使支撐單元(1)移動進(jìn)行被測目標(biāo)的更換；支架(11)用來固定電動平移臺(2)、圖像存儲單元(4)及供電轉(zhuǎn)換單元(6)；所述電動平移單元(2)，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成平移運(yùn)動，負(fù)責(zé)高光譜線陣成像單元(5)的平移成像，包括運(yùn)動控制器(21)、交流伺服電機(jī)(22)、伺服驅(qū)動器(25)、滾珠絲杠(27)及相應(yīng)聯(lián)軸器(24)、基座及軌道(26)、運(yùn)動滑塊(23)；所述的角度調(diào)節(jié)單元(3)，負(fù)責(zé)高光譜線陣成像單元(5)的平移成像時，高光譜線陣成像單元(5)線掃描平面與電動平移單元(2)平移平面的角度調(diào)節(jié)(可調(diào)范圍0°-90°)；角度調(diào)節(jié)單元(3)與電動平移單元(2)剛性連接；根據(jù)斜模成像的要求，手動調(diào)節(jié)角度調(diào)節(jié)單元(3)的刻度盤，形成不同夾角；所述圖像存儲單元(4)，為可以同時接收6路高光譜圖像的無壓縮存儲器，通過CAMLink接口與高光譜線陣成像單元(5)的高光譜相機(jī)(52)相連，通過ESata接口與上位機(jī)單元(7)相連；所述的高光譜線陣成像單元(5)能夠同時獲得視場內(nèi)840個譜段的圖像，包括直角連接件(51)、高光譜像機(jī)(52)和鏡頭(53)，高光譜線陣成像單元(5)與角度調(diào)節(jié)單元(3)通過直角連接件(51)連接；所述供電單元(6)是給整個一種超分重建的斜模高光譜成像地面試驗(yàn)裝置用電模塊供電，包括AC、DC/DC模塊；供電單元(6)通過不同接口給圖像存儲單元(4)、高光譜線陣成像單元(5)、電動平移臺(2)、上位機(jī)單元(7)供電；所述上位機(jī)單元(7)控制整個裝置的運(yùn)行，它分別通過計算機(jī)接口與電動平移單元(2)、圖像存儲單元(4)通信；對圖像采集單元(5)中高光譜像機(jī)(52)的參數(shù)設(shè)置、電動平移臺單元(2)相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，從而實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的獲取、分析與存儲，并提供圖像顯示功能；對圖像存儲單元(4)和高光譜線陣成像單元的控制，得到的被測目標(biāo)斜模高光譜圖像。所述支撐單元(1)中的支架(11)由鋁型材搭建而成，通過螺栓與電動平移臺(2)的基座(26)連接；自鎖腳輪(12)與支架(11)連接，自鎖結(jié)構(gòu)可保證測量時裝置的穩(wěn)定性。所述的電動平移單元(2)包括運(yùn)動控制器(21)、交流伺服電機(jī)(22)、伺服驅(qū)動器(25)、滾珠絲杠(27)及相應(yīng)聯(lián)軸器(24)、基座及軌道(26)、運(yùn)動滑塊(23)；其中滾珠絲桿(27)固定在基座及軌道(26)內(nèi)，通過相應(yīng)的聯(lián)軸器(24)與交流伺服電機(jī)(22)連接，滾珠絲杠(27)為P級滾珠絲杠，行程2000mm，工作外徑25mm；運(yùn)動控制器(21)為松下AFPX-C14RD可編程控制器；伺服驅(qū)動器(25)型號為HS0040A-P22S；交流伺服電機(jī)型號為110MB040A-001000；運(yùn)動控制器輸出高速脈沖給伺服驅(qū)動器(25)，伺服驅(qū)動器(25)直接驅(qū)動交流伺服電機(jī)(22)的運(yùn)行，進(jìn)而帶動滾珠絲杠(27)轉(zhuǎn)動，使得滑塊(23)及裝配在滑塊(23)上的高光譜線陣成像單元(5)及角度調(diào)節(jié)單元(3)發(fā)生平移，實(shí)現(xiàn)高光譜像機(jī)的斜模成像；所述角度調(diào)節(jié)單元(3)通過底面與運(yùn)動滑塊(23)剛性連接，根據(jù)斜模成像的要求，手動調(diào)節(jié)角度調(diào)節(jié)單元(3)的刻度盤，形成不同夾角。所述圖像存儲單元(4)是一種并行的6路圖像存儲系統(tǒng)，存儲器的大小2048G，有6個CAMLink接口，一個授時接口，一個ESata接口，存儲的圖像可以通過ESATA導(dǎo)出。所述高光譜像機(jī)直角連接件(51)由硬鋁加工而成，整體形狀為丁字形，在呈長方形的平面上有四個有螺紋孔，用來安裝高光譜線陣成像單元(5)，另一個直角邊通過螺栓的與角度調(diào)節(jié)單元(3)固定一起。所述高光譜圖像相機(jī)(52)光譜范圍400-1000nm，光譜分辨率2-3nm，探測原件CCD，像元數(shù)1392X1040，接口CAMLink；鏡頭(53)為OLE22，焦距22.5；光譜范圍：400-1000nm，線陣CCD長度最大12.8mm；探元尺寸；無畸變；鏡頭孔徑F/2.4；最小對焦距離30cm。所述供電單元(6)輸入電壓220V，輸出一路DC19V，5A；5路DC12V，2A。所述上位機(jī)單元(7)中的上位機(jī)為至少具有兩個串口、一個ESata接口，系統(tǒng)內(nèi)存大于2GB，支持WindowsXP操作系統(tǒng)的筆記本電腦。一種超分重建的斜模高光譜成像地面試驗(yàn)方法，實(shí)現(xiàn)過程如下：(1)首先將所述裝置放在室外開闊的地方，放置時將位于地面的支撐單元(1)調(diào)平，保證角度調(diào)節(jié)單元(3)處于零的位置，此時高光譜線陣成像單元(5)與電動平移單元(2)移動方向垂直，給整個所述裝置供電，對電動平移單元(2)和高光譜線陣成像單元(5)進(jìn)行初始化；(2)對高光譜線陣成像單元(5)進(jìn)行初始化，直至調(diào)節(jié)圖像清晰為止，調(diào)節(jié)辦法：通過硬件調(diào)節(jié)高光譜相機(jī)(52)的方式調(diào)節(jié)圖像，使圖像最清晰，如果這種方式圖像清晰不能滿足要求，則在保證前面調(diào)整結(jié)果的基礎(chǔ)上，打開調(diào)整高光譜相機(jī)(52)的圖像，作進(jìn)一步的調(diào)整，直至圖像清晰為止，對鏡頭(53)進(jìn)行固定，以保證調(diào)整后鏡頭(53)的焦距和光圈不變；(3)打開電動平移單元(2)，通過對被測目標(biāo)距離高光譜線陣成像單元(5)的像敏面的距離進(jìn)行估計，對電動平移單元(5)進(jìn)行初始化，在初始化過程中直至調(diào)節(jié)圖像清晰為止；(4)根據(jù)測試要求，調(diào)節(jié)手動角度單元(3)到相應(yīng)的角度，可調(diào)范圍0°-90°，采集被測目標(biāo)的斜模成像圖像，觀察采集圖像的質(zhì)量是否滿足要求，如圖像模糊，需重新對電動平移單元(2)的速度和加速度參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，直至獲取被測目標(biāo)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明改變了傳統(tǒng)的采樣模式，通過調(diào)節(jié)高光譜成像線陣與電動平移單元移動方向的夾角，即通過調(diào)整成像線陣與推掃方向的夾角，形成一種斜采樣模式，從硬件設(shè)計上保證空間分辨率提升。附圖說明圖1為本發(fā)明一種超分重建的斜模高光譜成像地面試驗(yàn)裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；其中，圖1中附圖標(biāo)記含義為1-支撐單元、2-電動平移單元、3-角度調(diào)節(jié)單元、4-圖像存儲單元、5-高光譜線陣成像單元、6-供電轉(zhuǎn)換單元和7-上位機(jī)單元。圖2為本發(fā)明斜模成像模式的示意圖；其中，高光譜線陣成像單元線掃描平面與電動平移單元平移平面成一定角度(角度范圍0°-90°)；圖3為本發(fā)明一種斜模高光譜成像地面試驗(yàn)裝置獲取的高光譜原始圖像。此時，高光譜線陣成像單元線掃描平面與電動平移單元平移平面成27°角；圖4為本發(fā)明一種斜模高光譜成像地面試驗(yàn)裝置獲取27°角斜模高光譜圖像經(jīng)空間幾何校正結(jié)果；圖5為本發(fā)明一種斜模高光譜成像地面試驗(yàn)裝置獲取的高光譜原始圖像。此時，高光譜線陣成像單元線掃描平面與電動平移單元平移平面成一定45°角；圖6為本發(fā)明一種斜模高光譜成像地面試驗(yàn)裝置獲取45°角斜模高光譜圖像經(jīng)空間幾何校正結(jié)果。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示一種超分重建的斜模高光譜成像地面試驗(yàn)裝置，該裝置包括：支撐單元1、電動平移單元2、角度調(diào)節(jié)單元3、圖像存儲單元4、高光譜線陣成像單元5、供電轉(zhuǎn)換單元6和上位機(jī)單元7；其中：支撐單元1是整個裝置的支撐平臺，由用來固定的電動平移臺2、圖像存儲單元4及供電轉(zhuǎn)換單元6的支架11和帶有自鎖機(jī)構(gòu)的腳輪12組成。支架11由鋁型材搭建，通過螺栓與電動平移臺的基座26連接；自鎖腳輪12與支架連接，利用這種結(jié)構(gòu)測量時方便移動，自鎖結(jié)構(gòu)可保證測量時裝置的穩(wěn)定性。電動平移單元2將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成平移運(yùn)動，負(fù)責(zé)高光譜線陣成像單元5的平移成像。由運(yùn)動控制器21、交流伺服電機(jī)22、伺服驅(qū)動器25、滾珠絲杠27及相應(yīng)聯(lián)軸器24、基座及軌道26、運(yùn)動滑塊23組成；其中滾珠絲桿27固定在基座及軌道26內(nèi)，通過相應(yīng)的聯(lián)軸器24與交流伺服電機(jī)22連接；運(yùn)動控制器21為可編程邏輯控制器PLC，輸出高速脈沖給伺服驅(qū)動器25，伺服驅(qū)動器25直接驅(qū)動交流伺服電機(jī)22的運(yùn)行，進(jìn)而帶動滾珠絲杠27轉(zhuǎn)動，使得滑塊23及裝配在滑塊23上的高光譜線陣成像單元5及角度調(diào)節(jié)單元3發(fā)生平移，實(shí)現(xiàn)高光譜像機(jī)的斜模成像；角度調(diào)節(jié)單元3負(fù)責(zé)高光譜線陣成像單元5的平移成像時，被測目標(biāo)垂直于地面的視場的改變。角度調(diào)節(jié)單元3與運(yùn)動滑塊23剛性連接，根據(jù)斜模成像的要求，手動調(diào)節(jié)角度調(diào)節(jié)單元3。角度調(diào)節(jié)單元3臺面尺寸直徑100，絕對定位精度0.005度，角度范圍100度。圖像存儲單元4通過CAMLink接口與高光譜線陣成像單元5的高光譜相機(jī)52相連，圖象存儲單元4通過ESata接口與上位機(jī)單元7相連。通過上位機(jī)單元7對圖像存儲單元4和高光譜線陣成像單元5的控制，得到被測目標(biāo)的斜模高光譜圖像。存儲器的大小2048G，存儲的圖象可以通過ESata接口導(dǎo)出。高光譜線陣成像單元5的高光譜像機(jī)52的直角連接件51由硬鋁加工而成，整體形狀為丁字形，呈長方形的平面與高光譜線陣成像單元5安裝到一起，另一直角邊與角度調(diào)節(jié)單元3固定。高光譜線陣成像單元5，光譜范圍400-1000nm，光譜分辨率2-3nm，探測原件CCD，像元數(shù)1392X1040，接口CAMLink。高光譜前置鏡頭為OLE22，焦距22.5；光譜范圍：400-1000nm，線陣CCD長度最大12.8mm；探元尺寸；無畸變；鏡頭孔徑F/2.4；最小對焦距離30cm?？赏瑫r獲得視場內(nèi)800譜段的圖像。供電單元6是給整個一種超分重建的斜模高光譜成像地面試驗(yàn)裝置用電模塊供電，包括AC、DC/DC模塊，供電單元輸入電壓220v，輸出一路DC19V，5A；5路DC12V，2A；將供電單元不同接口分別接入到圖像存儲單元的高光譜線陣成像單元、電動平移臺、上位機(jī)單元。上位機(jī)單元7控制整個裝置的運(yùn)行，它分別通過計算機(jī)接口與上述電動平移單元2、圖像存儲單元4通信，實(shí)現(xiàn)高光譜線陣成像單元5高光譜相機(jī)52的參數(shù)設(shè)置、電動平移單元2的相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，從而實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的獲取、分析與存儲，并提供圖像顯示功能。上位機(jī)單元軟件實(shí)現(xiàn)過程如下：(1)首先將所述裝置放在室外開闊的地方，放置時將地面支撐單元調(diào)平，保證角度調(diào)節(jié)單元處于零的位置，這時相機(jī)光軸平行于地面，利用腳輪12自鎖機(jī)構(gòu)鎖緊，防止支撐單元1移動。給整個所述裝置供電，對電動平移單元2和高光譜線陣成像單元5進(jìn)行初始化；(2)打開MAstar軟件，對高光譜線陣成像單元5進(jìn)行初始化，直至調(diào)節(jié)圖像清晰為止。調(diào)節(jié)辦法：首先調(diào)節(jié)鏡頭53的焦距及光圈，看圖像的質(zhì)量是否滿足要求，如不能滿足要求，則配合高光譜線陣成像單元5的高光譜相機(jī)52的參數(shù)調(diào)節(jié)和鏡頭的焦距及光圈調(diào)節(jié)。(3)調(diào)節(jié)完成后，打開電動平移臺軟件，通過對被測目標(biāo)距離高光譜線陣成像單元5像敏面的距離的估計，根據(jù)估計的結(jié)果高光譜線陣成像單元5的高光譜相機(jī)52的幀頻，對電動平移單元2進(jìn)行初始化。(4)根據(jù)測試要求，調(diào)節(jié)手動角度單元到相應(yīng)的角度，采集被測目標(biāo)的斜模圖像。如圖2所示，圖1中的5-高光譜線陣成像單元線掃描平面與圖1中的2-電動平移單元平移平面成一定角度θ(角度范圍0°-90°)。成像時高光譜線陣成像單元隨電動平移單元推掃，形成一幅推掃圖像。此時，圖像的幅寬＝Lsinθ(L為高光譜線陣成像單元探元CCD的長度)，小于常規(guī)成像模式圖像的幅寬L，獲取的地物范圍不變，等價于像元尺寸減小。增大了采樣密度，從提高圖像空間分辨率。如圖3所示，成像時，高光譜線陣成像單元與推掃方向成27°角，圖像幅寬＝Lsin27°。如圖4所示，對圖3進(jìn)行空間幾何校正后的圖像。如圖5所示，成像時，高光譜線陣成像單元與推掃方向成45°角，圖像幅寬＝Lsin45°。如圖4所示，對圖5進(jìn)行空間幾何校正后的圖像。本發(fā)明未詳細(xì)闡述的部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。盡管上面對本發(fā)明說明性的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于具體實(shí)施方式的范圍，對本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。