无人机搭载推扫式高光谱相机自动提取太阳和传感器成像的几何学


发布时间:

2022-07-03

来源:

本站

作者:

PhenoTrait

  对于无人机采集的高光谱图像,计算太阳敏感器天顶角和方位角对于进行双向反射函数(bi-directional reflectance function,BRDF)校正或基于辐射传输模型的遥感应用具有重要意义。这些应用对于执行高通量表型和精确农业任务更加必要。本研究展示了一个自动Python框架,可以计算无人机上安装的线性扫式高光谱相机的太阳传感器天顶角和方位角。首先,对高光谱图像进行辐射几何校正。其次,提取高精度全球,卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)和航迹惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)数据,识别每个像元对应的无人机点;最后,利用球面三角法和线性代数法计算了各角度。结果表明,该方法计算的太阳天顶角(solar zenith angle,SZA)和太阳方位角(solar azimuth angle,SAA)的精度高于其他方法。观测天顶角(viewing zenith angle,VZA)在飞行路径附近较低,在图像边缘附近较高。观察方位角(viewing azimuth angle,VAA)模式显示较高的值到左侧和较低的值到右侧的飞行线。本研究中描述的方法很容易复制到其他研究领域和应用。

 

  图1 研究区域和数据收集工具,(a)一个玉米的RGB图像领域,(b)的特写视图字段标有黄色框(a)、(c)收M600 Pro无人机配备传感器,(d)的特写视图传感器包包括一个Headwall Nano-Hyperspec VNIR相机,FLIR Vue Pro热成像相机和APX-15 GNSS/IMU单元均安装在大口径云台上,(e)研究区域的位置,(f)用于数据收集的UGCS飞行规划软件(v4.0.187)创建的交叉网格飞行模式。

 

  图2 太阳传感器天顶和方位角提取方法概述,即(a)高光谱立方体处理涉及将数字(digital number,DN)转换为辐亮度、反射率和正交整流图像,(b)为高光谱立方体中的每个像素定位相应的传感器位置,(c)计算三个太阳传感器的天顶和方位角。

 

  图3 第1个HSI立方体的角度,其中(a) RGB真色合成图,(b)太阳天顶角(ϕS), (c)太阳方位角(ϕS), (d)观测天顶角(θV),和(e)观测方位角(ϕV)。黑点(b和c)是用替代源验证的测试点。VAA (e)中的插入图显示了一个小的放大部分,这表明VAA中变化的角模式。

 

  来源:Bhadra, S., Sagan, V., Nguyen, C., Braud, M., Eveland, A. L., & Mockler, T. C. (2022). AUTOMATIC EXTRACTION OF SOLAR AND SENSOR IMAGING GEOMETRY FROM UAV-BORNE PUSH-BROOM HYPERSPECTRAL CAMERA. ISPRS Annals of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, -3-2022, 131-137. doi:https://doi.org/10.5194/isprs-annals-V-3-2022-131-2022

  

  编辑:王春颖

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