侧扫声纳图像拼接技术的研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文侧扫声纳图像拼接技术研究硕士研究生：李鹏指导教师：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：2011年12月21日论文答辩日期：2012年3月11日学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngResearchonSide-scanSonarImageMosaicTechnologyCandidate:PengLiSupe

2、rvisor:Prof.XiufenYeAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:PatternRecognitionandIntelligentSystemDateofSubmission:Dec.21,2011DateofOralExamination:Mar.11,2012University: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

3、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

4、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）：日期：年月日年月日侧扫声纳图像拼接技术研究摘要多波束侧扫声纳在现代海洋测绘中发挥着非常重要的作用。然而该类声纳所获取的数

5、据仅是局部的不精确的条带数据，因此为了实现对海底地貌的精确、快速的描绘，必须对多波束侧扫声纳数据进行拼接以得到完整的海底地貌图像。由于海洋环境复杂，声纳图像往往受到各种噪声污染，另外，由于声波在海底传播过程中的能量损失以及拖鱼受到船速波浪等的影响，使侧扫声纳图像不可避免地存在失真；并且声纳属于斜距系统，其记录的数据与真实地理信息相比存在着不小的差异，这给海底地貌绘制带来很大困难。本文主要针对多波束侧扫声纳图像拼接技术进行研究。论文首先详细介绍了声纳信息采集过程中的海底噪声源。针对常规的单一算法无法同时滤

6、除高斯噪声和脉冲噪声的不足，在深入分析模糊逻辑和Kalman理论之后提出了一种模糊均值Kalman组合滤波算法。最后通过实验，对本文滤波算法和常规声纳去噪算法进行了比较。针对声纳数据在采集过程中出现的灰度失真与几何失真而导致图像出现畸变的情况，给出了针对灰度失真、速度失真和斜距失真的校正方法。根据不同的失真建立不同的校正模型，并给出了公式化的解决方案，再通过实验，给出了校正后的效果。为了将声纳图像绘制于二维平面上，推导了由声纳中的GPS经纬度坐标到大地坐标，再到屏幕坐标的转换公式，并绘制出航迹图像，给出

7、了声纳图像拼接角点重编码法的概念和原理。针对该方法积累误差过大的缺点，提出一种基于GPS航迹点的航向角旋转法拼接图像。最后，针对图像拼接后出现的数据重叠和缝隙，提出了一种综合采用最邻近插值和双线性插值的图像修补方法。关键词:多波束侧扫声纳；Kalman滤波；几何失真；斜距校正；图像拼接侧扫声纳图像拼接技术研究ABSTRACTMulti-beamsidescansonarplaysaveryimportantroleinthemodernoceanmapping,inordertodescribethes

8、eafloorpreciselyandquickly,side-scansonardatahavetobemosaickedtogetthewholeseabedmap.However,sonarimageusuallypollutedbydifferentkindsofnoisesbecauseofthecomplexenvironmentsundertheseaandtheimagesareunavoidablydistortedbyt