基于uuv的側(cè)掃聲納圖像輔助判讀方法
【專利摘要】基于UUV的側(cè)掃聲納圖像輔助判讀方法，涉及基于UUV的側(cè)掃聲納圖像輔助判讀技術(shù)。本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有方法判斷錯誤率高的問題。本發(fā)明首先根據(jù)UUV記錄的航速信息、航向信息、橫搖信息及它們對應(yīng)的經(jīng)緯度信息，將各信息按兩采樣點之間的距離分成不同的區(qū)域塊。然后將航速信息、航向信息和橫搖信息量化為不同的色彩級，并將相應(yīng)的顏色填充至相應(yīng)的區(qū)域塊中，形成不同顏色深度的色彩圖像；最后將原始側(cè)掃聲納圖像進行分割，并將上述色彩圖像處理后插入到分割后的側(cè)掃聲納圖像當(dāng)中，實現(xiàn)航速圖、航向圖、橫搖圖與側(cè)掃聲納圖的融合，達到輔助判讀的目的。
【專利說明】
基于UUV的側(cè)掃聲納圖像輔助判讀方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及基于UUV的側(cè)掃聲納圖像輔助判讀技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] UUV(Unmanned Underwater Vehicles，簡稱UUV)又稱水下無人航行器，隨著UUV的 不斷更新?lián)Q代，其所實現(xiàn)的功能也隨之增多，UUV可攜帶多種探測設(shè)備，在水下航行過程中 可獲得大量的數(shù)據(jù)。UUV攜帶側(cè)掃聲納，其相對于傳統(tǒng)的水面艦船拖拽式聲納具有很大優(yōu) 勢，基于UUV的側(cè)掃聲納圖像獲取克服了拖拽聲納受航速變化拖魚上下浮動對側(cè)掃聲納圖 像產(chǎn)生的影響。同時UUV潛入水下作業(yè)減小了風(fēng)浪對于水面艦船姿態(tài)的影響，從而減小了對 側(cè)掃聲納圖像效果的影響。
[0003] 但是對于UUV攜帶側(cè)掃聲納進行掃測出的圖像仍然會有圖像的畸變，主要由于水 下環(huán)境復(fù)雜，導(dǎo)致UUV航速與姿態(tài)的變化，從而影響到側(cè)掃聲納圖像的質(zhì)量。
[0004] 文獻《側(cè)掃聲納圖像拼接系統(tǒng)研究》（哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文，2013年3月） 提出一種多波束側(cè)掃聲納數(shù)據(jù)的處理辦法，通過聲納數(shù)據(jù)校正與重繪，實現(xiàn)海底地貌的計 算機整體繪制。利用一種基于GPS信息的縱向數(shù)據(jù)矯正方法，克服傳統(tǒng)直接由速度信息進行 的速度校正不足。但基于UUV的側(cè)掃聲納系統(tǒng)掃測時接收不到GPS信息。
[0005] 文獻《側(cè)掃聲納條帶圖像分段拼接方法研究》(武漢大學(xué)學(xué)報，2013年9月，第38卷 第9期)針對側(cè)掃聲納條帶圖變形的特點提出了一種基于共視目標特征的分段拼接方法，這 種方法消除了相鄰條帶圖像之間的相對位置誤差和局部變形不一致引起的拼接重影，但圖 像拼接的對象目的和本發(fā)明均不相同。
[0006]針對這個問題國內(nèi)外文獻中并沒有將航速信息、航向信息和橫搖信息進行圖像化 后輔助判讀的相關(guān)報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的側(cè)掃聲納圖像判讀方法對于航速信息、航向信息和橫搖 信息的變化只能通過軟件以數(shù)字的形式讀取到，并不能直觀且整體的觀察到它們的變化情 況，導(dǎo)致判斷錯誤率高的問題，從而提供一種基于UUV的側(cè)掃聲納圖像輔助判讀方法。
[0008] 基于UUV的側(cè)掃聲納圖像輔助判讀方法，它由以下步驟實現(xiàn)：
[0009] 步驟一、根據(jù)UUV記錄的航速信息、航向信息及橫搖信息對應(yīng)的經(jīng)煒度信息，將所 述航速信息、航向信息及橫搖信息進行圖像化，具體為：
[0010] 步驟一一、根據(jù)數(shù)據(jù)對應(yīng)的經(jīng)煒度信息，分別對航速信息、航向信息、橫搖信息進 行分段，將航速信息、航向信息、橫搖信息分為不同大小的區(qū)域塊；
[0011]步驟一二、將航速信息、航向信息和橫搖信息量化為色彩級；
[0012] 步驟一三、將航速信息、航向信息和橫搖信息量化后的色彩分別填充到步驟一一 中對應(yīng)的區(qū)域塊中；
[0013] 步驟二、將步驟一三獲得的航速圖、航向圖、橫搖圖與側(cè)掃聲納圖像進行融合，具 體為：
[0014] 步驟二一、將圖像進行一致化處理:通過對各圖像等比拉伸或壓縮至與聲納圖像 長度相同；
[0015] 步驟二二、圖像分割:將側(cè)掃聲納圖像沿海底線進行分割；
[0016] 步驟二三、航速圖、航向圖、橫搖圖插入:將步驟二一處理后的航速圖、航向圖、橫 搖圖插入到步驟二二分割后的側(cè)掃聲納圖中，拼接相應(yīng)圖像，實現(xiàn)側(cè)掃聲納圖像與航速圖、 航向圖、橫搖圖的融合，實現(xiàn)基于UUV的側(cè)掃聲納圖像輔助判讀。
[0017] 步驟一一對航速信息、航向信息、橫搖信息進行分段操作中，每段的長度即為兩采 樣點之間的距離。
[0018] 步驟一二中，將航速信息、航向信息和橫搖信息量化為色彩級是根據(jù)公式：
[0020] 實現(xiàn)的；
[0021] 其中：T為所求位置處的航速、航向或橫搖值，C為量化后的色彩級。
[0022]本發(fā)明相對現(xiàn)有技術(shù)具有如下效果:本發(fā)明直觀的顯示出了UUV航速、航向、橫搖 的變化對掃測地貌產(chǎn)生的影響，同時可以根據(jù)航速、航向、橫搖的變化判斷側(cè)掃聲納圖中目 標的真實情況，對側(cè)掃聲納圖像的判讀提供了方便，減少了判斷錯誤，判斷錯誤率被大幅度 降低。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明的原理不意圖；
[0024] 圖2是本發(fā)明的航向信息色彩漸進圖；
[0025] 圖3是多次掃測試驗?zāi)炒蔚湫偷孛驳娜诤蠑?shù)據(jù)圖。
【具體實施方式】
[0026]【具體實施方式】一、基于UUV的側(cè)掃聲納圖像輔助判讀方法，本發(fā)明的目的是這樣實 現(xiàn)的：
[0027] 航速、航向和橫搖的變化對側(cè)掃聲納圖像產(chǎn)生影響。當(dāng)所有其它的因素不變時，聲 納通過目標的速度越快，記錄上顯示的目標越短。轉(zhuǎn)向的側(cè)方向的內(nèi)側(cè)換能器將改變角度 掃描海底一個很小的位置。對比之下，外側(cè)換能器將掃掠過很大扇形區(qū)間。
[0028] 但對于航速信息、航向信息和橫搖信息的變化我們只能通過軟件以數(shù)字的形式讀 取到，并不能直觀且整體的觀察到它們的變化情況。本發(fā)明提出了一種將航速信息、航向信 息和橫搖信息進行圖像化的方法，實現(xiàn)上述數(shù)據(jù)判讀的直觀整體化，為下一步做準備。根據(jù) UUV記錄的航速信息、航向信息及橫搖信息對應(yīng)的經(jīng)煒度信息，將上述信息進行圖像化。其 包括以下步驟：
[0029] 步驟一、將航速信息、航向信息及橫搖信息圖像化，具體為：
[0030] 步驟一一、根據(jù)數(shù)據(jù)采集特點及各信息對應(yīng)的經(jīng)煒度信息，分別將航速信息、航向 信息、橫搖信息進行分段，每段的長度即為兩采樣點之間的距離，寬度可適當(dāng)選取。設(shè)兩點 的經(jīng)煒度分別為A(Lorn，Lati)、B(Lorn，Lat 2)，則兩點之間的距離為：
。從而根據(jù)兩點之間的距離，將航速信息、航向信息、 橫搖信息分為不同大小的區(qū)域塊。UUV的橫搖對側(cè)掃聲納圖像影響最大，所以橫搖信息中只 考慮橫搖信息。
[0031 ] 步驟一二、設(shè)UUV在水中航行的速度范圍為Tmin~Tmax，色彩的范圍為Cmin~C max，將 航速信息量化為色彩級：
[0033]其中T為所求位置處的航速、航向、橫搖值，C即為量化后的色彩級。
[0034]步驟一三、將各信息量化后的色彩分別填充到步驟1中對應(yīng)的區(qū)域塊中。
[0035]由于在側(cè)掃聲納圖像中也不能直觀的讀出航速信息、航向信息及橫搖信息對圖像 的影響。本發(fā)明將航速信息、航向信息及橫搖信息圖像化后與側(cè)掃聲納圖像進行融合，使航 速信息、航向信息及橫搖信息以圖像的方式在側(cè)掃聲納圖中顯示，從而實現(xiàn)對側(cè)掃聲納圖 像的輔助判讀。
[0036]步驟二、將航速圖、航向圖、橫搖圖與側(cè)掃聲納圖像進行融合，具體為：
[0037]步驟二一、將圖像一致化處理:通過對各圖像等比拉伸或壓縮至與聲納圖像長度 相同，為圖像融合做準備。
[0038]步驟二二、圖像分割:將側(cè)掃聲納圖像沿海底線進行分割；
[0039] 步驟二三、航速圖、航向圖、橫搖圖插入:將航速圖、航向圖、橫搖圖插入到分割后 的側(cè)掃聲納圖中，拼接相應(yīng)圖像，實現(xiàn)側(cè)掃聲納圖像與航速圖、航向圖、橫搖圖的融合。
[0040] 航速圖、航向圖及橫搖圖不同深度的色彩代表不同的航速、航向、橫搖值，顏色越 深表示相應(yīng)數(shù)值越小，顏色越淺相應(yīng)數(shù)值越大越大。
[0041 ]仿真試驗：
[0042]實驗掃測的實驗航速范圍為2.6節(jié)~2.9節(jié)，航向范圍為108.8°~137.7°，橫搖范 圍為-4.8°~-8°，融合后的側(cè)掃聲納圖像像素為1310*461。
【主權(quán)項】
1. 基于UUV的側(cè)掃聲納圖像輔助判讀方法，其特征是:它由以下步驟實現(xiàn)： 步驟一、根據(jù)UUV記錄的航速信息、航向信息及橫搖信息對應(yīng)的經(jīng)煒度信息，將所述航 速信息、航向信息及橫搖信息進行圖像化，具體為： 步驟一一、根據(jù)數(shù)據(jù)對應(yīng)的經(jīng)煒度信息，分別對航速信息、航向信息、橫搖信息進行分 段，將航速信息、航向信息、橫搖信息分為不同大小的區(qū)域塊； 步驟一二、將航速信息、航向信息和橫搖信息量化為色彩級； 步驟一三、將航速信息、航向信息和橫搖信息量化后的色彩分別填充到步驟一一中對 應(yīng)的區(qū)域塊中； 步驟二、將步驟一三獲得的航速圖、航向圖、橫搖圖與側(cè)掃聲納圖像進行融合，具體為： 步驟二一、將圖像進行一致化處理:通過對各圖像等比拉伸或壓縮至與聲納圖像長度 相同； 步驟二二、圖像分割:將側(cè)掃聲納圖像沿海底線進行分割； 步驟二三、航速圖、航向圖、橫搖圖插入:將步驟二一處理后的航速圖、航向圖、橫搖圖 插入到步驟二二分割后的側(cè)掃聲納圖中，拼接相應(yīng)圖像，實現(xiàn)側(cè)掃聲納圖像與航速圖、航向 圖、橫搖圖的融合，實現(xiàn)基于UUV的側(cè)掃聲納圖像輔助判讀。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于UUV的側(cè)掃聲納圖像輔助判讀方法，其特征在于步驟一一 對航速信息、航向信息、橫搖信息進行分段操作中，每段的長度即為兩采樣點之間的距離。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于UUV的側(cè)掃聲納圖像輔助判讀方法，其特征在于步驟一二 中，將航速信息、航向信息和橫搖信息量化為色彩級是根據(jù)公式： 實現(xiàn)的；其中:T為所求位置處的航速、航向或橫搖值，C為量化后的色彩級。
【文檔編號】G06T11/00GK105869193SQ201610200682
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月31日
【發(fā)明人】嚴浙平, 陳建, 周佳加, 張勛, 姜岸佐, 王璐, 鄧南明
【申請人】哈爾濱工程大學(xué)