前视声纳图像目标跟踪系统研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文前视声纳图像目标跟踪系统研究硕士研究生：寇贤聪指导教师：叶秀芬教授学科、专业：模式识别与智能系统论文主审人：王科俊教授哈尔滨工程大学2013年3月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文前视声纳图像目标跟踪系统研究硕士研究生：寇贤聪指导教师：叶秀芬教授学位级别：工学硕士学科、专业：模式识别与智能系统所在单位：自动化学院论文提交日期：2013年1月8日论文答辩日期：2013年3月9日学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertation

2、fortheDegreeofM.EngResearchonTrackingSystemofForward-LookingSonarImageCandidate:XiancongKouSupervisor:Prof.XiufenYeAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:PatternRecognitionandIntelligentSystemDateofSubmission:Jan.8,2013DateofOralExamination:Mar.9,201

3、3University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者(签字)：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规

4、定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文(□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后)由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者(签字)：导师(签字)：

5、日期：年月日年月日前视声纳图像目标跟踪系统研究摘要水下目标跟踪系统是水下研究领域的重点，也是水下机器人不可或缺的一部分。它融合了图像处理、目标跟踪等学科的前沿知识，对推进海洋开发的进程也有很重要的现实意义。目前探测海洋的方法包括磁探测、声探测、光探测和红外探测等等。除了声波外，其他几种波在水中的穿透能力很有限，在水中衰减也快，而且波长越短，损失越大，即使用大功率的低频电磁波，也只能传播几十米。然而，声波在水中传播的衰减就小得多，在水中的传播距离也远远大于其他几种波，所以声波是探测海洋的主要方法。而声纳就是用声波探测海洋的主要

6、设备。本论文以Seabat7128型号的前视声纳为基础，采用声纳采集的数据，设计了前视声纳的目标跟踪系统。系统主要分为图像预处理、目标检测、特征提取、目标跟踪四个部分。首先，在图像预处理过程中，针对本论文所用的某型号声纳，编写了数据读取和显示的程序，并在分析了常用的图像插值方法后，采用了基于后向映射的二次插值法，对声纳图像进行插值。并对声纳图像进行伪彩色处理和去噪。其次，在目标检测中，研究了目前常用的运动目标检测方法。并根据所用声纳的实际情况和海底背景不断变化的特点，选用了聚类分割和变框扫描结合的方法。首先用基于聚类的方法对

7、图像进行初始分割，再用变框扫描的方法圈取目标，之后根据目标的质心变化情况排除伪目标，从而实现运动目标的检测。再次，在声纳图像特征提取方面，对比了水下图像目标与光学图像目标的不同，分析了水下目标的特点，把小波分析与不变矩特征结合起来，作为目标的特征进行提取，保证了跟踪的可靠性。最后，在跟踪部分，研究了前视声纳的目标跟踪方法。分析了目标的特点，针对这些特点，采用变形模板和粒子滤波相结合的跟踪方法，实现了对目标的有效跟踪。针对SeaBat7128型号声纳的实验数据，用卡尔曼跟踪和改进的粒子滤波跟踪做了实验。由于目标在声纳运动过程中

8、形状出现了变化，所以单纯的卡尔曼滤波跟踪效果不是很好。经过不断实践研究，采用了基于变形模板和粒子滤波结合的方法对目标进行了跟踪。粒子滤波计算量大，实时性不强，根据本文所用声纳数据的实际情况，有很多区域目标不可能出现，如果采用全局撒粒子的方法，不仅浪费计算时间，还提高了算法的复杂度。另外目标