合成孔徑聲納圖像的仿真方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種合成孔徑聲納圖像的仿真方法及系統(tǒng)，包括以下步驟：輸入合成孔徑聲納參數(shù)和場(chǎng)景的三維模型；對(duì)三維模型進(jìn)行插值以得到場(chǎng)景的點(diǎn)云模型，并根據(jù)合成孔徑聲納參數(shù)和點(diǎn)云模型得到有效的散射點(diǎn)集；分別計(jì)算有效的散射點(diǎn)集中多個(gè)散射點(diǎn)的散射強(qiáng)度；將有效的散射點(diǎn)集中多個(gè)散射點(diǎn)映射到二維成像平面；根據(jù)二維成像平面分別得到多個(gè)散射點(diǎn)的響應(yīng)函數(shù)；以及根據(jù)多個(gè)散射點(diǎn)的響應(yīng)函數(shù)得到最終的場(chǎng)景的成像結(jié)果。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法，通過聲納參數(shù)和場(chǎng)景的三維模型得到有效的散射點(diǎn)集，并得到散射點(diǎn)的響應(yīng)函數(shù)，以獲得場(chǎng)景的成像結(jié)果，提高了仿真速度和效果，同時(shí)降低了運(yùn)算量，保證了實(shí)時(shí)性，適用于復(fù)雜的場(chǎng)景仿真。
【專利說明】合成孔徑聲納圖像的仿真方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及聲納【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種合成孔徑聲納圖像的仿真方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，合成孔徑聲納(SAS)已經(jīng)在海洋遙感、海底地形測(cè)繪和海洋資源調(diào)查等方面取得了廣泛的應(yīng)用。在研究合成孔徑聲納時(shí)，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和識(shí)別是研究合成孔徑聲納的重要內(nèi)容。在進(jìn)行自動(dòng)分割和識(shí)別算法時(shí)，需要以大量的實(shí)測(cè)圖像作為樣本，然而實(shí)際海底實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)投入大，且環(huán)境復(fù)雜，因此通常采用仿真方式進(jìn)行。
[0003]現(xiàn)有的仿真方法根據(jù)目標(biāo)場(chǎng)景可以分為兩種。一種基于場(chǎng)景的數(shù)字高程模型(DEM),另一種是基于真正的3D模型。
[0004]DEM模型將場(chǎng)景表示為z=f(x，y)形式，當(dāng)場(chǎng)景較為簡(jiǎn)單時(shí)，基于DEM模型的方法簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)。然而，當(dāng)處理復(fù)雜場(chǎng)景時(shí)，DEM模型將失效無法實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)景的仿真。其原因在于DEM模型中，同一個(gè)(X，y)坐標(biāo)下只能有一個(gè)z值，而當(dāng)場(chǎng)景包含閉合表面時(shí)，同一個(gè)(X，y)坐標(biāo)下將會(huì)存在不止一個(gè)z值，因此DEM模型無法實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)景的仿真。3D模型假設(shè)場(chǎng)景由大量的三維坐標(biāo)表示的散射點(diǎn)或散射面元構(gòu)成，方法普適性強(qiáng)，但運(yùn)算復(fù)雜度高。
[0005]另外，目標(biāo)場(chǎng)景存在互相遮擋的情況，造成真實(shí)圖像上存在陰影區(qū)域，需要對(duì)陰影區(qū)域的散射點(diǎn)進(jìn)行估計(jì)。目前廣泛使用的有效散射點(diǎn)估計(jì)方法是射線追蹤算法。該射線追蹤算法雖然可以估計(jì)場(chǎng)景目標(biāo)有效的散射點(diǎn)，但運(yùn)算量較大，缺乏實(shí)時(shí)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的旨在至少解決上述的技術(shù)缺陷之一。
[0007]為此，本發(fā)明一方面提供一種合成孔徑聲納圖像的仿真方法，該仿真方法可以解決仿真速度慢且效果差的問題。
[0008]本發(fā)明的另一方面的實(shí)施例提供一種合成孔徑聲納圖像的仿真系統(tǒng)。
[0009]有鑒于此，本發(fā)明一方面的實(shí)施例提出一種合成孔徑聲納圖像的仿真方法，包括以下步驟:輸入合成孔徑聲納參數(shù)和場(chǎng)景的三維模型；對(duì)所述三維模型進(jìn)行插值以得到所述場(chǎng)景的點(diǎn)云模型，并根據(jù)所述合成孔徑聲納參數(shù)和所述點(diǎn)云模型得到有效的散射點(diǎn)集；分別計(jì)算所述有效的散射點(diǎn)集中多個(gè)散射點(diǎn)的散射強(qiáng)度；將所述有效的散射點(diǎn)集中多個(gè)散射點(diǎn)映射到二維成像平面；根據(jù)所述二維成像平面分別得到所述多個(gè)散射點(diǎn)的響應(yīng)函數(shù)；以及根據(jù)所述多個(gè)散射點(diǎn)的響應(yīng)函數(shù)得到最終的所述場(chǎng)景的成像結(jié)果。
[0010]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法，通過聲納參數(shù)和場(chǎng)景的三維模型得到有效的散射點(diǎn)集，并得到散射點(diǎn)的響應(yīng)函數(shù)，以獲得場(chǎng)景的成像結(jié)果，提高了仿真速度和效果，同時(shí)降低了運(yùn)算量，保證了實(shí)時(shí)性，適用于復(fù)雜的場(chǎng)景仿真。
[0011]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述合成孔徑聲納參數(shù)包括:聲速、聲納孔徑、聲納基陣等效移動(dòng)速度、發(fā)射信號(hào)帶寬、斜視角、俯角、波長(zhǎng)、距離分辨率和方位分辨率。
[0012]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述根據(jù)所述合成孔徑聲納參數(shù)和所述點(diǎn)云模型得到有效的散射點(diǎn)集具體包括:根據(jù)所述合成孔徑聲納參數(shù)和所述點(diǎn)云模型得到多個(gè)散射點(diǎn)；以及通過隱藏點(diǎn)移除算法對(duì)所述多個(gè)散射點(diǎn)進(jìn)行估計(jì)以得到所述有效的散射點(diǎn)集。
[0013]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述多個(gè)散射點(diǎn)的散射強(qiáng)度通過如下公式表示，所述
公式為:
[0014]
【權(quán)利要求】
1.一種合成孔徑聲納圖像的仿真方法，其特征在于，包括以下步驟: 輸入合成孔徑聲納參數(shù)和場(chǎng)景的三維模型； 對(duì)所述三維模型進(jìn)行插值以得到所述場(chǎng)景的點(diǎn)云模型，并根據(jù)所述合成孔徑聲納參數(shù)和所述點(diǎn)云模型得到有效的散射點(diǎn)集； 分別計(jì)算所述有效的散射點(diǎn)集中多個(gè)散射點(diǎn)的散射強(qiáng)度； 將所述有效的散射點(diǎn)集中多個(gè)散射點(diǎn)映射到二維成像平面； 根據(jù)所述二維成像平面分別得到所述多個(gè)散射點(diǎn)的響應(yīng)函數(shù)；以及 根據(jù)所述多個(gè)散射點(diǎn)的響應(yīng)函數(shù)得到最終的所述場(chǎng)景的成像結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的仿真方法，其特征在于，所述合成孔徑聲納參數(shù)包括:聲速、聲納孔徑、聲納基陣等效移動(dòng)速度、發(fā)射信號(hào)帶寬、斜視角、俯角、波長(zhǎng)、距離分辨率和方位分辨率。
3.如權(quán)利要求1所述的仿真方法，其特征在于，所述根據(jù)所述合成孔徑聲納參數(shù)和所述點(diǎn)云模型得到有效的散射點(diǎn)集具體包括: 根據(jù)所述合成孔徑聲納參數(shù)和所述點(diǎn)云模型得到多個(gè)散射點(diǎn)；以及 通過隱藏點(diǎn)移除算法對(duì)所述多個(gè)散射點(diǎn)進(jìn)行估計(jì)以得到所述有效的散射點(diǎn)集。
4.如權(quán)利要求1所述的仿真方法，其特征在于，所述多個(gè)散射點(diǎn)的散射強(qiáng)度通過如下公式表示，所述公式為:
5.如權(quán)利要求1所述的仿真方法，其特征在于，所述多個(gè)散射點(diǎn)的響應(yīng)函數(shù)通過如下公式表示，所述公式為:

6.一種合成孔徑聲納圖像的仿真系統(tǒng)，其特征在于，包括: 輸入模塊，用于輸入合成孔徑聲納參數(shù)和場(chǎng)景的三維模型； 差值模塊，用于對(duì)所述三維模型進(jìn)行插值以得到所述場(chǎng)景的點(diǎn)云模型，并根據(jù)所述合成孔徑聲納參數(shù)和所述點(diǎn)云模型得到有效的散射點(diǎn)集； 計(jì)算模塊，用于分別計(jì)算所述有效的散射點(diǎn)集中多個(gè)散射點(diǎn)的散射強(qiáng)度； 映射模塊，用于將所述有效的散射點(diǎn)集中多個(gè)散射點(diǎn)映射到二維成像平面；獲得模塊，用于根據(jù)所述二維成像平面分別得到所述多個(gè)散射點(diǎn)的響應(yīng)函數(shù)；以及 成像模塊，用于根據(jù)所述多個(gè)散射點(diǎn)的響應(yīng)函數(shù)得到最終的所述場(chǎng)景的成像結(jié)果。
7.如權(quán)利要求6所述的仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述合成孔徑聲納參數(shù)包括:聲速、聲納孔徑、聲納基陣等效移動(dòng)速度、發(fā)射信號(hào)帶寬、斜視角、俯角、波長(zhǎng)、距離分辨率和方位分辨率。
8.如權(quán)利要求6所述的仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述差值模塊具體包括: 差值單元，用于對(duì)所述三維模型進(jìn)行插值以得到所述場(chǎng)景的點(diǎn)云模型； 獲得單元，用于根據(jù)所述合成孔徑聲納參數(shù)和所述點(diǎn)云模型得到多個(gè)散射點(diǎn)；以及估計(jì)單元，用于通過隱藏點(diǎn)移除算法對(duì)所述多個(gè)散射點(diǎn)進(jìn)行估計(jì)以得到所述有效的散射點(diǎn)集。
9.如權(quán)利要求6所述的仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)散射點(diǎn)的散射強(qiáng)度通過如下公式表示，所述公式為:
10.如權(quán)利要求6所述的仿真系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)散射點(diǎn)的響應(yīng)函數(shù)通過如下公式表示，所述公式為:
【文檔編號(hào)】G06T19/00GK103593877SQ201310549562
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月7日
【發(fā)明者】朱兆彤, 彭石寶, 許稼, 張旭東, 閆慧辰, 許肖梅 申請(qǐng)人:清華大學(xué)