水下超音波影像系統之目標物追蹤模組之研發

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1、第十屆水下技術研討會暨國科會成果發表會2008年4月25日．高雄市．國立中山大學水下超音波影像系統之目標物追蹤模組之研發(I)122林鎮洲游竟人林翰屏摘要本研究為配合整合型計畫「水下步進相移陣列影像系統之研發」下之「水下目標物追蹤」模組而生，為一種改良式水下動態追蹤系統，研究目標為開發出能連續追蹤水下動態目標物之系統與架構。影像追蹤模組的基礎架構為利用蛇形輪廓搜尋法搭配倒傳遞演算法改善影像能量的部份，進而利用影像處理的方法決定動態目標物的輪廓搜尋區域，搜尋區域的準確與追蹤系統處理速度與正確度皆有關係，配合使用卡爾曼濾波器，處理降低系統雜訊，預測出目標物可能運動

2、方向，配合降低系統運算所需處理的畫面範圍，因此可以提升系統單位時間內處理張數，以達到動態追蹤目標物。使用此追蹤系統其優勢為追蹤目標可為自體產生形變的物體，而水中波動的視線干擾，亦可由可記憶神經網路予以濾除。於此情況下在水中順利擷取目標物的輪廓，而求得其形心，即為動態目標物的座標位置。ResearchandDevelopmentofTheTargetTrackingModuleofanUnderwaterUltrasonicImagingSystem(I)ABSTRACTTheresearchistocollaboratewiththeintegratedpro

3、jectentitled“Researchanddevelopmentofanunderwatersteppingphased-arrayultrasonicimagingsystem”.Theobjectiveofthesubprojectistodevelopthekeytechnologiesofunderwaterultrasonicimagetrackingincludingtargetcontourextractionandmotionestimation,andachievethegoaloftargettrackingsubjectedtoth

4、einfluenceofcurrent.Thebasicstructureoftheimagecontourtrackingmoduleisbyusingthesnakemodelassociatedwithback-propagationneuralnetworktoimprovetheperformanceifimageenergy,andthentodeterminethesearchingareaofthetargetusingtheimageprocessingtechnology.TheKalmanfilterisadoptedtoreduceth

5、eeffectofthesystemnoiseandpredictthepossiblemovingdirectionsofthetarget.Thusthenumberofprocessingframesoftheimagecanbeincreased,andthedynamictargettrackingcanbeachieved.Theadvantageoftheproposedmethodisthatthesearchedtargetcanbedeformable,andtheinfluenceduetounderwaterrefractioncanb

6、efilteredout.Thereforethecentroidofthemovingtargetcontourcanbeobtainedsmoothly.ㄧ、前言1.國立台灣海洋大學機械與機電工程學系教授目標物追蹤即是根據運動估測法則預估目標物之2.國立台灣海洋大學機械與機電工程學系研究生位置，並用於產生控制指令，使目標物固定(靜止)於影第十屆水下技術研討會暨國科會成果發表會2008年4月25日．高雄市．國立中山大學像之中央位置。一般而言，目標物追蹤之程序，可包二、研究方法括影像擷取、影像前處理、移動目標物偵測與辨識、圖1為Snake結合倒傳遞網路配合卡爾

7、曼濾波器目標物運動估測、與運動控制指令轉換。其中對於追的流程圖。蹤目標物最主要的核心技術在於移動目標物偵測與辨識以及目標物運動估測。近年來關於移動目標物偵測與辨識方面之研究相當多，其中最主要的方法有光流法與區塊比對法。在水下目標物追蹤方面，其與陸地上的差異主要在於影像的來源大多來自於聲學影像（通常較不清晰），而非光學影像；此外，水下環境通常更加屬非結構性，且背景更為雜亂。因此，此類研究更具加有難度與挑戰性。簡要敘述過去相關的研究如下：Henriksen[1]提出以電子式掃瞄聲納對水下較大範圍進行目標物偵測，可達到提高搜尋速度與精確度的目的。Lane等人[2亦採

8、用電子式掃瞄聲納於辨識與追蹤多目標物，