Гимбалированная гиперспектральная камера HSP0410

Гиперспектральная камера HSP0410 для БПЛА от DJI

HSP0410 — гимбалированная гиперспектральная камера VNIR-диапазона (400–1000 нм) для аэрофотосъемки с БПЛА, разработанная компанией Changguang Yuchen GEOYOO. Камера объединяет широкополосный телецентрический объектив в пространстве изображения со спектрометром на основе отражающей блазед-решетки собственной разработки. Ключевое отличие от аналогов и предшествующих моделей — равномерность освещенности по полю зрения выше 0,9 против типичных 0,6 у стандартных FA-объективов, что увеличивает динамический диапазон прибора более чем в 1,5 раза. 

Комбинация автоматической спектральной коррекции по атмосферным линиям поглощения и высокоточной калибровочной матрицы удерживает ошибку измерения спектра в пределах ±0,3 нм в полевых условиях без возврата в лабораторию. Совместима с DJI Matrice 350 RTK и DJI Matrice 400 через подвес DJI X-Port и управляется через DJI Pilot 2. Обработка данных производится фирменном ПО Map V3.1.0 с автоматическим орторектифицированием и мозаикированием.

Технические особенности гиперспектральной камеры HSP0410

Отражающая блазед-решетка с дифракцией выше 50%

Спектрометр построен на отражающей дифракционной решетке с наклонными гранями собственной разработки с независимыми правами интеллектуальной собственности. Принцип работы спектрометра заключается в пространственном разделении светового потока на узкополосные спектральные каналы с концентрацией энергии в первом порядке дифракции. Спектрометр измеряет отраженный свет цели в диапазоне 400–1000 нм с шагом ~0,3 нм/пиксель. 

Доступны режимы биннинга (пространственное × спектральное): 2×2, 2×4, 4×1, 4×2, 4×4, 4×8. Выбор режима позволяет балансировать между пространственным и спектральным разрешением в зависимости от задачи и условий съемки. Центральная длина волны выбирается независимо в диапазоне 400–1000 нм.

• Эффективность выше 50% | Больше полезного сигнала на канал
• Полный диапазон 400–1000 нм | Перекрытие VNIR без пробелов
• Гибкость под задачу | Независимый выбор центральной длины волны и оптимизация под нужный спектр

Телецентрический объектив 

Широкополосный телецентрический объектив в пространстве изображения обеспечивает равномерность освещенности по всему полю зрения выше 0,9, когда типичные FA-объективы всего около 0,6. Зрачок объектива полностью согласован со спектрометром, что повышает динамический диапазон прибора более чем в 1,5 раза. Поле зрения 38,9° при f = 20 мм обеспечивает высокую производительность съемки. 

• Равномерность выше 0,9 | Минимальное виньетирование по краям
• Динамический диапазон ×1,5 | Одновременная съемка светлых и темных объектов
• Широкое поле 38,9° | больше покрытия за один пролет

Автоматическая спектральная коррекция с точностью ±0,3 нм

Камера способна стабильно фиксировать положение узкополосных атмосферных линий поглощения и автоматически корректировать дрифт спектральных линий, вызванный вибрацией, температурными и барическими изменениями. Встроенный алгоритм спектральной коррекции в сочетании с фабричной калибровочной матрицей удерживает ошибку измерения в пределах ±0,3 нм без возврата в лабораторию. 

• Точность ±0,3 нм | Без периодической лабораторной калибровки
• Автоматический детект дрифта | По атмосферным линиям поглощения

Трехосевая стабилизация с POS-синхронизацией кадров

В режиме push-broom камера использует замкнутый алгоритм трехосевой стабилизации на базе данных подвеса DJI X-Port без станции RTK. Синхронизация с POS-данными БПЛА на частоте 100 Гц обеспечивает соответствие изображения и навигационной информации для геометрической коррекции с точность RTK дрона. При нормальном полете изменения углов ориентации не превышают 0,3°. 

Также push-broom гиперспектральная съемка позволяет снизить боковое перекрытие до 30%, когда мультиспектральные системы требуют 70% и более. Каждая строка соответствует центральной проекционной модели, а длинные полосы облегчают поиск соответственных точек между маршрутами. При одинаковом времени сбора данных производительность более чем удваивается по сравнению с 70-процентным перекрытием. 

Доступен и режим Swing-sweep — колебательная съемка в диапазоне от −20° до +110° для вертикальных и наклонных целей: профили деревьев, фасады зданий, реставрационные объекты. Переключение режимов и настройка параметров выполняются с пульта DJI Pilot. 

• Синхронизация 100 Гц | Точная привязка кадров к POS дрона
• Угловые отклонения до 0,3° | Минимизация геометрических искажений
• Перекрытие от 30% | Производительность выше в 2 раза
• 2 режима в 1 приборе | Площадная и фасадная съемка

Датчик освещенности DIS для коррекции солнечной радиации

Стандартный датчик нисходящего излучения DIS непрерывно регистрирует изменения солнечной радиации по всему спектральному диапазону. Даже в ясный полдень освещенность может меняться более чем на 10% за 30 минут, а в облачную погоду существенно больше. Данные DIS используются для количественной коррекции при предварительной обработке, а также для оценки условий освещения на этапе планирования полета. 

• Коррекция в реальном времени | Для каждого кадра сохраняются данные DIS
• Компенсация облачности | Устранение скачков солнечной радиации между кадрами

12-мегапиксельная камера и память CFexpress Type B

Встроенная камера видеонаблюдения высокого разрешения 12 Мп совмещена по полю зрения с гиперспектральным каналом обеспечивает наведение на цель, визуальный контроль захвата и предварительный просмотр в реальном времени через DJI Pilot 2. 

Камера использует съемные карты памяти CFexpress Type B с сертификатом VPG400, гарантирующим скорость записи не менее 400 МБ/с. После посадки камеру можно выключить и извлечь карту без риска потери данных при отключении питания. Имеется стандартный объем 512 ГБ с возможностью расширения до 2 ТБ. 

• Интерфейс DJI Pilot | Предпросмотр в реальном времени и контроль захвата цели
• 12 Мп разрешение | Детализация для визуальной проверки

Автоматизированное ПО обработки данных Map V3.1.0

Фирменное ПО обработки использует процессную логику автоматизированной обработки в одном программном продукте: сегментация маршрутов, поиск точек, аэротриангуляция, орторектификация, мозаикирование и коррекция отражательной способности. Оригинальный алгоритм межмаршрутной аэротриангуляции позволяет выполнять орторектификацию без цифровой модели рельефа и базовой карты. В ходе тестирования разработчиков было обработано 50 ГБ сырых данных за 40 минут на рабочей станции i9-9900K с 64 ГБ RAM. 

• Полный цикл в одном ПО | От сырых данных до ортомозаики с встроенным алгоритмом аэротриангуляции

Термостабилизированная конструкция

Интегрированная конструкция с термостабилизацией прошла испытания при высоких и низких температурах до 0 °C. Рабочий диапазон составил от 0 до +45 °C при относительной скорости ветра не менее 1 м/с. Температура хранения от −20 до +55 °C, что допускает перевозку камеры и хранение в неотапливаемом ангарном помещении. Сертификация CE, FCC, RoHS. 

• Диапазон хранения до −20 °C | Транспортировка в зимних условиях
• Сертификация CE/FCC/RoHS | Соответствие международным стандартам

Сферы применения гиперспектральной камеры HSP0410

Точное земледелие и мониторинг посевов

Гиперспектральная съемка с HSP0410 позволяет получать непрерывные спектральные сигнатуры для каждого пикселя изображения — это данные, которые недоступны мультиспектральным камерам с 4–5 дискретными каналами. Спектрометр измеряет отражение растительности в сотнях узких полос, что дает возможность фиксировать ранние стадии стресса растений до появления визуальных симптомов. Технология точного земледелия в сельском хозяйстве опирается на расчет вегетационных индексов NDVI, PRI, OSAVI на основе узкополосных данных, а также на количественную оценку содержания хлорофилла, азота и биомассы. 

Камера HSP0410 обеспечивает GSD 0,083 м при высоте 120 метров, что достаточно для послойного анализа полога. Коррекция окружающего освещения через DIS гарантирует сопоставимость данных между полетами в разное время суток и при переменной облачности. Методы точного земледелия на базе гиперспектральных данных позволяют дифференцировать сорта, выявлять дефицит питательных веществ и оптимизировать внесение удобрений по зонам управления.

Выявление болезней растений

Раннее обнаружение болезней растений — одна из ключевых задач, где гиперспектральная камера превосходит мультиспектральные системы. Патогены изменяют внутреннюю структуру листа и химический состав тканей до появления видимых симптомов. Спектральный отклик в диапазоне 400–1000 нм фиксирует изменения в пигментном составе и структуры листовой пластинки. 

Использование спектрометров с разрешением FWHM ≤2,5 нм позволяет разделять близкие спектральные признаки, характерные для разных типов заболеваний: бактериальных, грибковых, вирусных. Биннинг 2×4 повышает отношение сигнал/шум при работе в условиях недостаточной освещенности. Автоматическая регулировка экспозиции в сложных сценах исключает пересвет и недодержку, сохраняя спектральную точность.

Оценка водного стресса

Содержание воды в растительности влияет на спектральное отражение в ближнем ИК-диапазоне 800–1000 нм, где расположены полосы поглощения жидкой воды. Гиперспектральная камера фиксирует эти узкие полосы с шагом 0,3 нм, что позволяет рассчитывать индексы водного стресса WI, NDWI, MSI с высокой спектральной точностью.

Коррекция по атмосферным линиям поглощения в HSP0410 удерживает ошибку измерения в пределах ±0,3 нм — такая точность нужна для корректной идентификации полос поглощения воды в тканях растения. Телецентрический объектив с равномерностью освещенности >0,9 обеспечивает одинаковое качество данных по всему полю зрения, включая края кадра, где виньетирование обычных объективов искажает спектральные значения.

Анализ почвы

Гиперспектральная съемка почвенного покрова позволяет определять содержание органического вещества, влажности, текстуры и тяжелых металлов по спектральным признакам. Диапазон 400–1000 нм покрывает основные полосы поглощения железа Fe2+ и Fe3+, глинистых минералов и органических компонентов. Пространственное разрешение 0,083 метра при f = 20 мм дает возможность различать почвенные агрегаты и включения.

Радиационная коррекция по калибровочной пластине до полета обеспечивает переход от сырых значений DN к физически значимым значениям отражательной способности. Оборудование точного земледелия такого класса заменяет ручной отбор проб с последующим лабораторным анализом, сокращая время обследования с дней до часов.

Геологоразведка и картирование минералов

Дроны для геологоразведки с гиперспектральной камерой VNIR-диапазона позволяют выявлять минералы с диагностическими полосами поглощения в видимой и ближней ИК-области: гематит, гетит, ярозит, каолинит, карбонаты. Гиперспектральные данные обладают способностью идентифицировать индивидуальные минералы и вариации их химического состава, в отличие от мультиспектральных систем, которые различают только минеральные группы. 

Разрешение FWHM ≤2,5 нм обеспечивает разделение близких полос поглощения. Два режима съемки push-broom для площадной съемки и swing-sweep для обнажений и склонов позволяют работать с различными типами геологических объектов. Коррекция спектра по атмосферным линиям гарантирует, что идентификация минералов не искажается инструментальным дрифтом.

Контроль хвостохранилищ

Мониторинг хвостохранилищ требует регулярной оценки минерального состава поверхности, содержания влаги и выявления зон потенциального разрушения дамбы. Гиперспектральная съемка с БПЛА обеспечивает высокое пространственное разрешение и возможность повторных облетов по графику, недоступному для спутниковых систем. 

В диапазоне камеры HSP0410 400–1000 нм фиксируются спектральные признаки кислотных пород, влажности поверхности и растительного покрова на дамбах. Режим swing-sweep позволяет снимать откосы дамб под наклоном. Данные DIS компенсируют изменения освещенности между облетами, обеспечивая сопоставимость временных рядов для выявления трендов.

Сравнительная таблица HSP0410, ручного метода и мультиспектральной камеры

Сценарий применения гиперспектральной камеры HSP0410