專利名稱：基于航向角旋轉(zhuǎn)的多波束側(cè)掃聲納圖像實時拼接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種圖像拼接方法，具體地說是一種多波束水聲圖像實時拼接的新方法。
背景技術(shù)：
廣袤的海洋空間對于人類的生存和發(fā)展具有重要意義，隨著人類對海洋的開發(fā)和利用，對海地地形地貌進行探測，繪制海底地形圖，借以掌握詳盡的海洋地理信息顯得至關(guān)重要。當(dāng)前海洋探測中，主要以聲學(xué)探測系統(tǒng)為主要手段。但是船體在拖拽側(cè)掃聲納探測過程中，不可避免地會受到各種因素的影響，由于聲納斜距成像的特點，GPS定位不準(zhǔn)及異常跳變等不穩(wěn)定因素存在，導(dǎo)致了側(cè)掃聲納圖像無法真實的顯示海底地貌，從而無法獲得精確的海底地形圖像。聲納圖像拼接的目的，就是讀取原始聲納數(shù)據(jù)中的信息，進行相應(yīng)的處理，消除斜距的影響，并根據(jù)GPS數(shù)據(jù)將聲納文件中記錄的信息還原成真實的海底地貌。當(dāng)前，國外一些著名的聲納設(shè)備制造商都研發(fā)了相應(yīng)的聲納成像軟件，但價格昂貴，且其分析技術(shù)為商業(yè)機密無法公開，對于當(dāng)前廣泛使用的多波束側(cè)掃聲納數(shù)據(jù)的拼圖研究更是罕見，而現(xiàn)有的單波束聲納圖像處理方法，逐一計算每個回波點坐標(biāo)，將其應(yīng)用于多波束聲納圖像處理，積累誤差大，計算時間長，無法進行精準(zhǔn)的實時拼接，因此，對多波束側(cè)掃聲納圖像的實時拼接方法的研究具有重要的意義。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種精確度高、顯示效果好、計算量低的基于航向角旋轉(zhuǎn)的多波束側(cè)掃聲納圖像實時拼接方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的(I)采集多波束側(cè)掃聲納所有通道中的原始數(shù)據(jù)，并設(shè)定拼接圖像初始位置；(2)移除因為第一個回波點返回之前換能器接收水下噪聲產(chǎn)生的水柱區(qū)；(3)將移除水柱區(qū)后的原始數(shù)據(jù)中的第一 ping的N個通道數(shù)據(jù)寫入畫布，并記錄當(dāng)前的ping數(shù)和當(dāng)前航向角；(4)讀取下一 ping N個通道的數(shù)據(jù)和對應(yīng)的GPS及航向角信息,計算前后兩ping數(shù)據(jù)航向角的差值，若航向角無變化，則按GPS信息順次拼接，若航向角有變化，將數(shù)據(jù)進行旋轉(zhuǎn)后拼接，旋轉(zhuǎn)角度為航向角差值；(5)修補拼接后圖像中出現(xiàn)的縫隙。本發(fā)明的方法可以進一步說明為( I)讀取聲納文件中左右兩側(cè)N個通道的原始數(shù)據(jù)，并設(shè)定拼接圖像的初始位置；(2)移除原始數(shù)據(jù)中因為第一個回波點返回之前換能器接收水下噪聲產(chǎn)生的水柱區(qū)；(3)以拖魚接收到的GPS坐標(biāo)為中心，將移除水柱區(qū)后的原始數(shù)據(jù)中的第一 ping的N個通道數(shù)據(jù)寫入畫布,并記錄當(dāng)前的ping數(shù)X和當(dāng)前航向角a x ；(4)記錄[x+l]ping的N個通道數(shù)據(jù),讀取其航向角值a [x+1],計算前后兩ping數(shù)據(jù)航向角差值A(chǔ) a，若A a = 0，則以當(dāng)前GPS坐標(biāo)為中心順次拼接，若A a古0，則以當(dāng)前GPS坐標(biāo)為中心進行旋轉(zhuǎn)后拼接,其旋轉(zhuǎn)矩陣為
,"cos Acsr -sin At/C=;
sin Aa cos Ac (5)前后兩ping數(shù)據(jù)拼接后，計算兩個GPS中心點之間的距離，設(shè)兩GPS中心分
別為 trace [x]、trace [x+1],則距離d =小race2[x] + trace1 [x +1]，當(dāng)航向角無變化時，設(shè) A d
=d-w,其中w為一 ping數(shù)據(jù)寬度,若Ad古0,則兩ping數(shù)據(jù)間存在無效像素即縫隙,取·閾值e，若Ad< e，則縫隙較小，采用最鄰近插值，若Ad > e，或航向角有變化時，則縫隙較大或存在三角形縫隙，采用雙線性插值，填補縫隙中的無效像素。本發(fā)明的特點是步驟(I)中同時讀入左右兩側(cè)共N個通道的回波數(shù)據(jù)，并在步驟
(2),(3)中將N個通道的數(shù)據(jù)作為整體進行處理，避免了逐一進行回波點坐標(biāo)計算的積累誤差，同時提高了計算速度。聲納文件中航向角記錄有兩個，一個來自拖魚，一個來自船體，所述步驟(4)中航向角信息采用來自船體的記錄，是由于拖魚是在水中，受到潮汐、海流、魚群等外界干擾比較大，因此其信息存在嚴重的誤差及延遲，采用來自船體的航向角數(shù)據(jù)，使得拼接精度更高。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)勢在于針對多波束側(cè)掃聲納工作特點，同時對每Ping的N個波束數(shù)據(jù)進行處理，無需逐一計算回波點坐標(biāo)，減少了積累誤差，降低了計算量，同時采用來自船體的航向角數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)與拖魚航向角數(shù)據(jù)相比，受到潮汐及洋流影響較小，因此使得拼圖更加精確，針對拼圖后的縫隙，結(jié)合最鄰近插值和雙線性插值填補拼接數(shù)據(jù)間的無效像素，提高了顯示效果。
圖I是本發(fā)明方法的基本流程圖；圖2拼接后未進行縫隙填補的圖像；圖3拼接后利用插值修補縫隙后的圖像。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述結(jié)合圖1，本發(fā)明基于航向角旋轉(zhuǎn)的多波束側(cè)掃聲納圖像實時拼接方法的具體步驟如下第一步是讀取聲納文件中左右兩側(cè)N個通道的的原始信息，并設(shè)定拼接圖像的初始位置；第二步是移除原始數(shù)據(jù)中因為第一個回波點返回之前換能器接收水下噪聲產(chǎn)生的水柱區(qū)；第三步以拖魚接收到的GPS坐標(biāo)為中心，將移除水柱區(qū)后的原始聲納文件中的第一 Ping的N個通道數(shù)據(jù)作為整體寫入畫布，避免了逐一計算回波點所帶來的積累誤差，并記錄當(dāng)前的ping數(shù)X和當(dāng)前航向角ax ;
第四步記錄[x+l]ping的N個通道數(shù)據(jù),讀取其航向角值a [x+1],計算前后兩ping數(shù)據(jù)航向角差值A(chǔ) a，判斷航向角是否變化，若A a =0，則航向角不變，若A a古0，則航向角發(fā)生改變；第五步根據(jù)航向角的變化情況對數(shù)據(jù)進行處理，若A a古0，則以當(dāng)前GPS坐標(biāo)為中心進行旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)矩陣為
權(quán)利要求
1.一種基于航向角旋轉(zhuǎn)的多波束側(cè)掃聲納圖像實時拼接方法，其特征是 (1)采集多波束側(cè)掃聲納所有通道中的原始數(shù)據(jù)，并設(shè)定拼接圖像初始位置； (2)移除因為第一個回波點返回之前換能器接收水下噪聲產(chǎn)生的水柱區(qū)； (3)將移除水柱區(qū)后的原始數(shù)據(jù)中的第一ping的N個通道數(shù)據(jù)寫入畫布，并記錄當(dāng)前的ping數(shù)和當(dāng)前航向角； (4)讀取下一ping N個通道的數(shù)據(jù)和對應(yīng)的GPS及航向角信息，計算前后兩ping數(shù)據(jù)航向角的差值，若航向角無變化，則按GPS信息順次拼接，若航向角有變化，將數(shù)據(jù)進行旋轉(zhuǎn)后拼接，旋轉(zhuǎn)角度為航向角差值； (5)修補拼接后圖像中出現(xiàn)的縫隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于航向角旋轉(zhuǎn)的多波束側(cè)掃聲納圖像實時拼接方法，其特征是所述采集多波束側(cè)掃聲納所有通道中的原始數(shù)據(jù)是讀取聲納文件中左右兩側(cè)N個通道的原始數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的基于航向角旋轉(zhuǎn)的多波束側(cè)掃聲納圖像實時拼接方法，其特征是所述將移除水柱區(qū)后的原始數(shù)據(jù)中的第一Ping的N個通道數(shù)據(jù)寫入畫布是以拖魚接收到的GPS坐標(biāo)為中心。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的基于航向角旋轉(zhuǎn)的多波束側(cè)掃聲納圖像實時拼接方法，其特征是所述將數(shù)據(jù)進行旋轉(zhuǎn)后拼接的旋轉(zhuǎn)矩陣為
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于航向角旋轉(zhuǎn)的多波束側(cè)掃聲納圖像實時拼接方法，其特征是所述將數(shù)據(jù)進行旋轉(zhuǎn)后拼接的旋轉(zhuǎn)矩陣為
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的基于航向角旋轉(zhuǎn)的多波束側(cè)掃聲納圖像實時拼接方法，其特征是所述修補拼接后圖像中出現(xiàn)的縫隙的方法為前后兩Ping數(shù)據(jù)拼接后，計算兩個GPS中心點之間的距離，設(shè)兩GPS中心分別為trace[x]、trace[x+1],則距離
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于航向角旋轉(zhuǎn)的多波束側(cè)掃聲納圖像實時拼接方法，其特征是所述修補拼接后圖像中出現(xiàn)的縫隙的方法為前后兩Ping數(shù)據(jù)拼接后，計算兩個GPS中心點之間的距離，設(shè)兩GPS中心分別為trace [x]、trace [x+1],則距離
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于航向角旋轉(zhuǎn)的多波束側(cè)掃聲納圖像實時拼接方法，其特征是所述修補拼接后圖像中出現(xiàn)的縫隙的方法為前后兩Ping數(shù)據(jù)拼接后，計算兩個GPS中心點之間的距離，設(shè)兩GPS中心分別為trace [x]、trace [x+1],則距離d trace2 [x] + trace2 [x + 1],當(dāng)航向角無變化時，設(shè)Ad = d_w,其中w為一 ping數(shù)據(jù)寬度，若Adf O，則兩ping數(shù)據(jù)間存在無效像素即縫隙，取閾值e，若Ad< e，則縫隙較小，采用最鄰近插值，若Ad > e，或航向角有變化時，則縫隙較大或存在三角形縫隙，采用雙線性插值，填補縫隙中的無效像素。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于航向角旋轉(zhuǎn)的多波束側(cè)掃聲納圖像實時拼接方法，其特征是所述修補拼接后圖像中出現(xiàn)的縫隙的方法為前后兩Ping數(shù)據(jù)拼接后，計算兩個GPS中心點之間的距離，設(shè)兩GPS中心分別為trace [x]、trace [x+1],則距離d 二 ^trace1Ix] + trace2[x +1],當(dāng)航向角無變化時，設(shè)Ad = d_w,其中w為一 ping數(shù)據(jù)寬度，若Adf O，則兩ping數(shù)據(jù)間存在無效像素即縫隙，取閾值e，若Ad< e，則縫隙較小，采用最鄰近插值，若Ad > e，或航向角有變化時，則縫隙較大或存在三角形縫隙，采用雙線性插值，填補縫隙中的無效像素。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種基于航向角旋轉(zhuǎn)的多波束側(cè)掃聲納圖像實時拼接方法。采集多波束側(cè)掃聲納所有通道中的原始數(shù)據(jù)，并設(shè)定拼接圖像初始位置；移除因為第一個回波點返回之前換能器接收水下噪聲產(chǎn)生的水柱區(qū)；將移除水柱區(qū)后的原始數(shù)據(jù)中的第一ping的N個通道數(shù)據(jù)寫入畫布，并記錄當(dāng)前的ping數(shù)和當(dāng)前航向角；讀取下一ping N個通道的數(shù)據(jù)和對應(yīng)的GPS及航向角信息，計算前后兩ping數(shù)據(jù)航向角的差值，若航向角無變化，則按GPS信息順次拼接，若航向角有變化，將數(shù)據(jù)進行旋轉(zhuǎn)后拼接，旋轉(zhuǎn)角度為航向角差值；修補拼接后圖像中出現(xiàn)的縫隙。本發(fā)明是一種精確度高、顯示效果好、計算量低的多波束側(cè)掃聲納圖像實時拼接方法。
文檔編號G01S15/89GK102707289SQ201210197720
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月15日
發(fā)明者葉秀芬, 希吉爾, 李鵬, 鄧瑩瑩 申請人:哈爾濱工程大學(xué)