资源描述：
《基于侧扫声纳图像海底目标物提取方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第30卷第6期海洋测绘Vo.l30,No.62010年11月HYDROGRAPHICSURVEYINGANDCHARTINGNov.,2010基于侧扫声纳图像海底目标物提取方法11123李海滨,滕惠忠,宋海英,段东方,黄毅(11海军海洋测绘研究所,天津300061;21河南省陆通测绘系统工程有限公司,河南郑州450052;31海军出版社,天津300450)摘要:分析了侧扫声纳数据成像原理,利用凹凸目标成像与阴影的关系,依次采用二值化处理、中值滤波处理、开启与闭合操作、Canny边缘提取等多种图像处理的手段,实现了海底目标物的提取与定位,并通过实验验证了本方法的可行性。关键词:侧
2、扫声纳;边缘检测;数学形态学;Canny算子中图分类号:P23412文献标识码:B文章编号:1671-3044(2010)06-0071-03211侧扫声纳简介1引言侧扫声纳主要由拖在水中的拖鱼、线缆和船上相关水下探勘装备的研究与发展将会在未来海的处理器三部分组成。其成像原理与侧视雷达类[1]洋疆土拓展的历程中扮演重要且关键性的角色。似,一般情况下,硬的、粗糙的、凸起的海底,回波强;其中,侧扫声纳技术不仅可以通过影像形式表达海软的、平滑的、凹陷的海底回波弱,被遮挡的海底不底目标物形状与海底底质景况,让人通过视觉直接产生回波,距离越远回波越弱。感受这个内太空世界,而且可以分析数据
3、的定位信利用接收机和计算机对这一脉冲串进行处理,息,获取目标物的坐标,为目标物的打捞提供基础。最后变成数字量,每一回波数据按时间顺序显示在而通过声纳数据完成海底目标物的判读是首先要解显示器的一条扫描线上,每一点显示的位置和回波决的难题。目前对声纳数据的判读还主要通过人工到达的时刻对应,每一点的亮度和回波幅度有关。目视完成,对于大区域的扫海工作,判读人员需要回将周期的接收数据逐行纵向排列,显示在显示器上,放大量的声纳数据进行识别,大大增加了判读人员就构成了二维海底地貌声图。声图平面和海底平面的工作量。成逐点映射关系,声图的亮度包涵了海底的[2]本文阐述了侧扫声纳对海底成像的机理,
4、通过特征。分析海底目标在声图上成像的特性,首先将海底目212声纳数据影像特点标提取认为是对聚集高频噪声提取的一种方式,后声纳影像是通过采集声波回波信号形成灰度运用图像处理的方法,对声图影像依次进行二值化图像,由于声波受水体、折射、风浪、生物、仪器以处理、滤波处理以及边缘检测等方法提取了海底目及其他因素影响,对侧扫声纳发射脉冲强烈干扰标和阴影边缘,并利用两者成像特性确定目标物的形成非目标物的干扰信号,产生大量的噪声。噪位置信息,最后通过大量的实验表明,该方法是一种声表现在声图上为离散或小区域聚集的高频信有效的海底目标提取算法,能够获得满意的识别结号,严重影响声图的判读,必须对图像
5、进行去噪果,为海底目标的自动识别以及海底底质的分类提处理。供了基础。由于声图是依据扫描像素的灰度来显示目标轮廓和结构以及地貌起伏形态,其强弱有两种基本变2侧扫声纳[2]化特征。见图1。侧扫声纳又称/海底地貌仪0,是海洋探测的重(1)隆起形态的灰度特征。海底隆起形态在声要工具之一。侧扫声纳系统应用声学原理,并综合纳图像上的灰度特征是前白后黑,亦即白色反映目数字信号处理、导航定位和计算机技术,对海底微地标阳石实体形态,黑色为阴影。貌和目标进行探测。(2)凹陷形态的灰度特征。海底凹洼形态在扫收稿日期:2010-07-03;修回日期:2010-09-28作者简介:李海滨(1982-),
6、男,河北阜城人,工程师,硕士,主要从事摄影测量与遥感研究。72海洋测绘第30卷描线上的灰度特征是前黑后白,亦即黑色是凹洼前假设海底地貌是平坦的并且没有噪声的存在,壁无反射回声波信号,白色是凹洼后壁迎声波面反则采集的声图为一种均匀的灰度,正是由于海底的射回波声信号加强。高低起伏,使得回波不同,通过换能器的转化产生高频信号,在声图上表现为明显的灰度增强,再加上水体、折射、风浪、生物等因素的影响(在声图上同样表现为灰度增强),形成目前包含多种信息的灰度声图。从上面假设可以看出,对于声图目标的提取,是对声图中有用的高频信号的提取。而声图中的目标主要表现为大区域聚集的高频信号,噪声多为离
7、散或小区域聚集的高频信号。因此,声图中目标的边图1声纳右舷成像原理图缘提取是一种去除离散以及小区域聚集的高频数本文主要利用声图影像目标强弱的这两种基本据,提取大区域聚集的高频数据边缘的过程。其具变化特征进行海底目标识别。体的算法如下。(1)二值化处理3基于侧扫声纳数据海底目标识别方法通过设置阈值,让声图变成黑白二值图,表达对于声图数据而言,存在大量的噪声,表现为式为:高频噪声,而声图中的目标物也是以高频信号的0x
