[發(fā)明專利]一種基于線特征簡化的側(cè)掃聲吶線特征匹配改進方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910347922.2
• 申請日: 2019-04-28
• 公開（公告）號: CN110045381B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王宏健;王其林;班喜程;張耕實;吳迪;高娜
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: G01S15/89
• 分類號: G01S15/89;G01S7/52
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于線特征簡化的側(cè)掃聲吶線特征匹配改進方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：側(cè)掃聲吶圖像線特征簡化處理；

步驟1.1：選中其中一條直線，求出該直線的角度，設(shè)為θ，再從Hough變換得到的余下直線中選擇和上述直線傾斜角度相近的直線，此處設(shè)置的閾值為π/10，即選擇所有滿足斜率為[θ-π/10，θ+π/10]的直線，將其組合成作為一個直線集，若不存在這樣的直線，則存儲該直線作為直線特征，從總直線集中刪除，使得該直線不參與后續(xù)操作中，重復(fù)步驟1.1，若存在這樣的直線，則轉(zhuǎn)到步驟1.2；

步驟1.2：選定原直線段的兩端點和直線段中間點，存儲其位置坐標；在步驟1.1所形成的直線集中依次選取直線，也存儲其直線段兩端點坐標和中間坐標，得到兩直線段六個點的坐標；

步驟1.3：構(gòu)建六個點之間的距離，這里的距離只指不在同一直線段上的點之間的距離，得到九個距離值d1，d2，d3，d4，d5，d6，d7，d8，d9，接著對這九個距離值進行判定，當其中之一的距離小于設(shè)定閾值時，則判定該選取的直線段為待選直線，接著按照同樣的思想將步驟1.1中得到的剩余線段進行求取，這樣遍歷完步驟1.1中得到的直線段后，得到一個待選的直線段集，該直線集中存儲了斜率相似而且直線段距離相近的直線段，如果數(shù)量大于1，則進行下一步；否則，則將初始選中的直線段作為直線特征，并將該直線屏蔽，保證該直線段不會參與到后面的處理中，其選擇約束條件為：

式中(x₁，y₁)，(x₂，y₂)是初始選出的線特征端點坐標，(x₃，y₃)是中點坐標，而(X₁，Y₁)和(X₂，Y₂)是余下待處理線特征的端點坐標，(X₃，Y₃)是余下待處理線特征的中點坐標，d_j為方法中提到的九個距離值；

步驟1.4：計算初始線段的長度，并從得到的直線段集中依次選取直線段并計算長度值和初始線段長度比較，從中選擇出最長的直線段，該直線段即為本區(qū)域的特征直線，將其保存；轉(zhuǎn)到步驟1.1，重復(fù)進行，直到聲納圖像的所有特征直線都參與到計算；

步驟1.5：將保存的直線呈現(xiàn)在聲吶圖像中，便是最終檢測到的直線特征；

步驟2：側(cè)掃聲吶圖像線特征匹配處理；

這里設(shè)p₁為待匹配圖像，而p₂為匹配圖像，將兩圖直線特征提取結(jié)果分別保存；

首先要求出待匹配的兩側(cè)掃聲吶圖像之間對應(yīng)的射影變換矩陣，射影變換矩陣根據(jù)點與點之間的匹配關(guān)系求取，求得射影變換矩陣之后，便建立起了兩圖像間點與點之間的對應(yīng)聯(lián)系，通過這個條件設(shè)計線特征之間的匹配約束條件，基本步驟為：

首先假設(shè)射影變換之后的每條直線都能精確定位或者僅發(fā)生輕微整體平移，則要在p₂中找到p₁中l(wèi)₁的映射直線l′₁，并劃定匹配區(qū)域，假設(shè)直線映射沒有發(fā)生角度變化，所以以l′₁為中線，左右方向平移同樣距離為匹配區(qū)域，在方形區(qū)域中尋找與l′₁具有相同角度的直線特征，距離最近的為匹配直線，其條件約束為：

式中(x_i，y_i)是l′₁的兩端點坐標，(X_i，Y_i)是p₂的線特征集中的線特征端點坐標，M為線特征中點坐標，(M.x，M.y)和(M.X，M.Y)分別為l′₁的中點坐標以及p₂的線特征集中的線特征中點坐標，中間公式為p₂中檢測到的線特征端點到線特征l′₁的距離公式，A、B、C為l′₁的直線方程系數(shù)，R₁，R₂分別為l′₁的半徑以及p₂中與之匹配線特征的半徑；

由于并非所有直線特征經(jīng)過映射之后對應(yīng)的線特征能夠精確定位，也會造成角度變化等一些變動，因此通過限定變化的閾值來尋找圖像之間的匹配線特征：p₁中的直線特征l₁映射在p₂中為l′₁，若在劃定的區(qū)域中沒有滿足條件的匹配線特征時，需要考慮到角度、距離以及位置變化等；

角度、距離限定：直線l₁映射為l′₁，相匹配直線特征即使不嚴格和l′₁對應(yīng)，但是角度和距離并不會相差太大，因此設(shè)定一個相對較小的角度閾值T，將所有直線角度值與l′₁的角度差值θ限定于T之內(nèi)，得到p₂中直線特征l_i端點和映射直線l′₂的距離，為{dis1，dis2}，為保證匹配直線之間的位置關(guān)系，則距離不能相差太大，因此設(shè)定距離閾值，要求2個距離值中最大值dis max＝max{dis1，dis2}要限定在距離閾值之內(nèi)，不滿足條件者判定為非匹配直線特征；

位置限定：先求出映射直線特征l′₁的中點坐標(M.x，M.y)及l(fā)′₁的半徑lr，求出p₂中直線特征兩端點到(M.x，M.y)的距離r1和r2，r＝min{r1，r2}，若r≤lr，則滿足直線特征匹配在距離方面的要求，這樣，通過上述條件的篩選找到準確的匹配直線特征，角度發(fā)生變化的情況下條件約束為：

式中(x_i，y_i)是l′₁的兩端點坐標，(X_i，Y_i)是p₂的線特征集中的線特征端點坐標，(M.x，M.y)為l′₁的中點坐標，中間公式為p₂中檢測到的線特征端點到線特征l′₁的距離，A、B、C為l′₁的直線方程系數(shù)，lr為線特征l′₁的半徑。