一种机载蓝藻检测成像光谱相机的制作方法

1.本实用新型属于环境保护与仪器科学相关技术领域，具体涉及一种机载蓝藻检测成像光谱相机。


背景技术：

2.在营养丰富的水体中，蓝藻常于夏季进行大量繁殖，并在水面形成一层蓝绿色而有腥臭味的浮沫，称为“水华”，而蓝藻的大规模爆发，被称为“绿潮”。绿潮将引起水质恶化，严重时会耗尽水中氧气造成鱼类的死亡。更为严重的是，有些种类的蓝藻(如微囊藻)还会产生微囊藻毒素(microcystins，简称mcs)，大约50％的绿潮中含有大量mcs。mcs除了直接对鱼类、人畜产生毒害之外，也是肝癌的重要诱因。在巢湖等大面积水体，蓝藻大规模爆发一直是顽瘴痼疾，治理难点。过去使用大量人员和船只，消耗大量的人力财力效果并不佳。准确掌握蓝藻爆发的位置、面积，并对其进行对点定位治理，能够有效防止蓝藻爆发的扩张蔓延，减少经济损失。
3.随着技术手段的发展，对蓝藻检测方法的也在不断的提升改进，例如将一组两枚灰度工业相机以及一枚高分辨率rgb工业相机配合组装在无人机上，并在600m高空沿预定航线飞行，根据叶绿素a、b的光谱反射特性，采用经过优选的两个光谱波段，并为两枚灰度工业相机分别加装合适波段的滤光片，两枚灰度工业相机将所获得的两个波段的灰度图像进行波段对齐后，换算反射率，将换算完反射率并且包含gps信息的图像整体拼接，计算其图像每个像素点的ndvi指数，并进行阈值限定，即可将蓝藻区域高亮显示出来，而rgb工业相机能够很好的在600m处，对地面的蓝藻进行识别，作为辅助验证手段，能很好地识别蓝藻，上述技术在三枚相机的合作运行下，通过拍摄后植被指数的运算处理与微机分析，能满足其在多种环境下对水面爆发蓝藻的区域进行光谱检测，准确掌握蓝藻爆发的位置、面积，并对其进行对点定位治理。
4.但是上述技术中，两枚灰度工业相机的实际拍摄功能是相同的，而为了得到反射率，需要在两枚相机上加装不同波段的滤光片才能得到完整的图像。对于无人机作业来说，机载设备重量越大，机体的续航能力越弱，为了可以更高效的使用无人机对蓝藻进行监控防治，需要进一步优化机体结构，减轻负重。


技术实现要素：

5.本实用新型的一个优势在于提供一种机载蓝藻检测成像光谱相机，以解决现有技术中光谱相机需要搭载两枚实际拍摄功能相同的灰度工业相机，并在两枚灰度工业相机加装不同波段的滤光片才能完成拍摄功能，使无人机负载过大，续航不佳的问题。
6.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
7.一种机载蓝藻检测成像光谱相机，包括gps装置和相机外壳，所述相机外壳为立方体结构，所述gps装置固定安装在相机外壳的长边和高边形成一面，所述相机外壳的长边和宽边组成的一面对称开设有两定位口，一侧所述定位口的内部安装有灰度工业相机，另一
侧所述定位口的内部安装有rgb工业相机，所述相机外壳与定位口所开设面相背的另一面开设有两对应方孔，所述相机外壳与gps装置所安装面相背的一面安装有mcu微控制器，所述mcu微控制器靠近灰度工业相机的一侧安装有舵机，所述舵机的内部插入设置有旋转轴，所述旋转轴与舵机连接相异的一端安装有切换搭载器，所述切换搭载器的两端分别可拆卸的安装有第一滤光片和第二滤光片。
8.优选的，所述灰度工业相机包括相机主体、镜头镜片、相机镜头和io接口，所述相机镜头的镜头开口处高度安装有镜头镜片，所述相机镜头与镜头镜片安装相异的一端安装有相机主体，所述相机主体与相机镜头连接相异的一端安装有io接口，所述相机主体的高度与定位口的深度相对应。
9.优选的，所述对应方孔的开设位置与所述定位口的开设位置相对应，所述对应方孔与定位口的内部相连通。
10.优选的，所述旋转轴指向灰度工业相机的镜头伸出方向，所述旋转轴的端头安装在切换搭载器的对称中心处，所述旋转轴的长度使切换搭载器靠近灰度工业相机的一面高度与灰度工业相机的镜头伸出高度相吻合。
11.优选的，所述rgb工业相机与灰度工业相机的外形尺寸相同。
12.与现有技术相比，本实用新型提供了一种机载蓝藻检测成像光谱相机，具备以下有益效果：
13.本实用新型的相机外壳外部安装有mcu微控制器，并控制一安装有第一滤光片和第二滤光片两个不同光谱波段的滤光片的切换搭载器进行旋转，灰度工业相机在以第一滤光片的光谱波段拍摄完毕后，切换搭载器可旋转切换到第二滤光片的光谱波段进行拍摄，并不断循环，无人机仅仅需要搭载一台灰度工业相机即可拍摄获得的两个波段的灰度图像，相比于目前常见的多光谱相机，用更少的相机实现了多光谱数据的采集，而mcu微控制器的重量也远远小于一独立的灰度工业相机的重量，使光谱相机在降低自身设备的重量的同时，仍可以很好地完成数据采集的工作，在监测作业时无人机搭载机体结构经过优化的本实用新型相机，续航能力更强，可以更高效的使用无人机对蓝藻进行大面积监控防治。
附图说明
14.图1示出了本实用新型所述一种机载蓝藻检测成像光谱相机的主体透视图。
15.图2示出了本实用新型所述一种机载蓝藻检测成像光谱相机的俯视图。
16.图3示出了本实用新型所述一种机载蓝藻检测成像光谱相机的主视图。
17.图4示出了本实用新型所述一种机载蓝藻检测成像光谱相机的底视图。
18.图5示出了本实用新型所述灰度工业相机的独立侧视图。
19.图中：1、灰度工业相机；101、相机主体；102、镜头镜片；103、相机镜头；104、io接口；2、第一滤光片；3、gps装置；4、旋转轴；5、相机外壳；6、舵机；7、rgb工业相机；8、第二滤光片；9、切换搭载器；10、定位口；11、mcu微控制器；12、对应方孔。
具体实施方式
20.以下描述用于揭露本实用新型以使本领域技术人员能够实现本实用新型。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描
述中界定的本实用新型的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本实用新型的精神和范围的其他技术方案。
21.本领域技术人员应理解的是，在本实用新型的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本实用新型的限制。
22.可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
23.参考图1-5，依本实用新型一较佳实施例的一种机载蓝藻检测成像光谱相机将在以下被详细地阐述，
24.一种机载蓝藻检测成像光谱相机，包括包括gps装置3和相机外壳5，相机外壳5根据所适配的无人机以及相机，通过3d打印形成立方体结构，gps装置3优选为m8n gps，gps装置3固定安装在相机外壳5的长边和高边形成一面，用于对相机进行实时定位。
25.一种机载蓝藻检测成像光谱相机，包括相机外壳5的长边和宽边组成的一面对称开设有两定位口10，一侧定位口10的内部安装有灰度工业相机1，灰度工业相机1包括相机主体101、镜头镜片102、相机镜头103和io接口104，相机镜头103的镜头开口处高度安装有镜头镜片102，镜头镜片102的分辨率为1200万像素，相机镜头103与镜头镜片102相适配，可完成拍照作业，相机镜头103与镜头镜片102安装相异的一端安装有相机主体101，相机主体101为互补金属氧化物半导体(coms)高分辨率工业相机主机，相机主体101的高度与定位口10的深度相对应，可插入安装在定位口10的内部并进行固定安装，将灰度工业相机1与相机外壳5进行固定，而相机镜头103则伸出到相机外壳5的外部，以取得更好的拍摄视野。
26.一种机载蓝藻检测成像光谱相机，包括另一个定位口10的内部安装有rgb工业相机7，rgb工业相机7为互补金属氧化物半导体1200万像素光学分辨率rgb工业相机，像元分辨率不低于0.15m，rgb工业相机7与灰度工业相机1的外形尺寸相同，分别安装在两对称设置的定位口10内部。
27.一种机载蓝藻检测成像光谱相机，包括相机外壳5与定位口10所开设面相背的另一面开设有两对应方孔12，对应方孔12的开设位置与定位口10的开设位置相对应，对应方孔12与定位口10的内部相连通，相机主体101与相机镜头103连接相异的一端安装有io接口104，rgb工业相机7和灰度工业相机1在置入定位口10内并进行固定后，它们的io接口104将从相连通的对应方孔12内伸出，方便rgb工业相机7和灰度工业相机1与上位机进行连接。
28.一种机载蓝藻检测成像光谱相机，包括相机外壳5与gps装置3所安装面相背的一面安装有mcu微控制器11，mcu微控制器11优选为mini arduino 16位微控制器，功耗低且控制稳定，mcu微控制器11靠近灰度工业相机1的一侧安装有舵机6，舵机6与mcu微控制器11电性连接，受mcu微控制器11控制进行工作，舵机6的内部插入安装有旋转轴4，舵机6内部的电机可带动旋转轴4进行轴向旋转。
29.一种机载蓝藻检测成像光谱相机，包括旋转轴4指向灰度工业相机1的镜头伸出方向，旋转轴4与舵机6连接相异的一端安装有切换搭载器9，旋转轴4的端头安装在切换搭载
器9的对称中心处，带动切换搭载器9进行螺旋旋转，切换搭载器9的两端分别可拆卸的安装有第一滤光片2和第二滤光片8，根据叶绿素a、b的光谱反射特性，第一滤光片2和第二滤光片8的光谱波段分别优选为675nm和760nm波段。
30.一种机载蓝藻检测成像光谱相机，包括旋转轴4的长度使切换搭载器9靠近灰度工业相机1的一面高度与灰度工业相机1的镜头伸出高度相吻合，切换搭载器9的旋转半径与旋转轴4到灰度工业相机1的距离相同，以允许切换搭载器9在旋转时所搭载的第一滤光片2和第二滤光片8可恰好覆盖在灰度工业相机1的镜头上方。光谱相机由无人机运输到高空后，将对监测水面进行拍摄，舵机6由mcu微控制器11控制，带动旋转轴4以及切换搭载器9进行旋转，rgb工业相机7每拍摄一张图片后，灰度工业相机1在以第一滤光片2的光谱波段拍摄完毕后，切换搭载器9可旋转切换到第二滤光片8的光谱波段进行拍摄，并不断循环，无人机仅仅需要搭载一台灰度工业相机1即可拍摄获得的两个波段的灰度图像。
31.本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本实用新型的实施例只作为举例而并不限制本实用新型。本实用新型的优势已经完整并有效地实现。本实用新型的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本实用新型的实施方式可以有任何变形或修改。