[發明專利]一種聲納圖像拼接方法

無效

• 申請號: 201310405189.8
• 申請日: 2013-09-09
• 公開（公告）號: CN103606139A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 何旭棟;謝少榮;朱方文;羅均;陳金波;李恒宇;王宇馳;劉恒利;黃潮炯;呂所軍;翟飛躍
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G06T5/50
• 分類號: G06T5/50
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

技術領域

本發明涉及一種聲納圖像拼接方法，特別涉及一種特征點較少的聲納圖像的拼接方法。?

背景技術

對于水下探測，由于缺少自然光，能見度非常低，傳統的光學成像受到了一定的限制。與光學成像相比，聲納成像系統可以在能見度低，水質混濁的水下進行成像。因此聲納成像系統被廣泛應用于水下探測。?

當水下觀測對象比較大而又要保證分辨率時，發射信號不能覆蓋全部探測區域，只能進行局部探測。同時在聲納圖像處理方面，一次聲成像返回的聲探測區域視野較小，工程實踐中經常無法通過一幅圖像進行目標識別。這些問題就需要用圖像拼接技術來解決。?

與傳統光學圖像相比，聲納圖像主要具有以下特點：(1)圖像恢復過程中由于基陣大小差異及波束形成的影響，聲納圖像分辨率普遍較低，細節模糊，識別性差；(2)水體對光的吸收效應、散射效應、卷積效應等使聲納圖像的具有較強的高斯噪聲，信噪比較低。?

目前，基于特征點的圖像拼接方法在光學圖像拼接中應用比較成熟，適用于拼接特征點較多的圖像。但是聲納圖像的背景為海水，如果沒有其他特征點顯著的檢測物，聲納圖像含有的特征點比較少。如果使用基于特征點的圖像拼接方法拼接特征點較少的聲納圖像，存在較大的誤差。?

發明內容

本發明的目的在于針對已有技術存在的問題，提供一種聲納圖像拼接方法,能將多幅視角較小的聲納圖像拼接為一個視角較大的圖像，從而可以監測較大范圍的水下環境，提高聲納目標監測水平。?

為達到上述目的，本發明的構思是：首先對聲納圖像進行預處理；然后對圖像幅值頻譜進行對數極坐標變并進行基于相位相關的算法分析求得圖像的縮放、旋轉參數；進而按求得的縮放和旋轉參數進行圖像幾何變換；接著運用基于相位相關的算法求得圖像的平移參數;最后運用求解的參數進行坐標映射以及圖像插值，完成圖像之間的配準。在實現配準的基礎上，并對聲納圖像進行了圖像融合處理，最終實現了聲納圖像的拼接。?

根據上述發明構思，本發明采用下述技術方案：?

一種聲納圖像拼接方法，其基本實施步驟如下：

（1）聲納圖像輸入

讀取聲納圖像和讀取一般圖像一樣。選擇第一幀圖像為基準圖像?，第二幀圖像作為待匹配圖像，兩幅輸入圖像之間滿足設定的縮放、旋轉和平移關系，定義為：

??????（1）

其中，表示縮放；表示旋轉；表示沿軸平移量；表示沿軸平移量；

（2）圖像預處理

利用高斯平滑去除聲納圖像中的高斯噪聲；通過對圖像進行灰度拉伸來改善聲納圖像對比度；

（3）縮放和旋轉估計

對聲納圖像進行傅里葉變換，求得圖像的幅值頻譜；得到幅值頻譜后，進行極坐標變換；接著，對幅值頻譜進行對數坐標變換；最后，對對數極坐標幅值頻譜進行基于相位相關的算法分析可求得縮放參數和旋轉參數；

（4）圖像幾何變換

將待匹配圖像進行圖像的幾何變換：先縮放倍，再旋轉角度，經變換后的圖像為；

（5）平移參數估計

將基準圖像和經幾何變換的圖像進行基于相位相關的算法分析求得平移參數和；

（6）坐標映射和圖像插值

利用求得的縮放、旋轉、平移和，將待匹配圖像映射到基準圖像中，待匹配圖像在完成坐標映射之后，其像素點有可能落在非網格位置，這就需要圖像插值，本方案采用雙線性插值法；

（7）圖像融合

通過直方圖規范化調整聲納圖像的亮度，使聲納圖像的亮度分布一致；運用基于閾值的加權平滑算法實現聲納圖像的融合；通過上面一系列步驟，就完成了聲納圖像的拼接。

所述步驟（3）縮放和旋轉估計的具體步驟如下：?

1.幅值頻譜計算

1）圖像頻譜計算

對聲納圖像進行傅里葉變換，得到聲納圖像頻譜間的關系如下列公式（2）所示：

????（2）

其中，為傅里葉變換的頻譜；為傅里葉變換的頻譜；?為圖像的相位頻譜；

2）幅值頻譜提取

利用得到的圖像頻譜提取圖像的幅值頻譜，提取幅值頻譜后，圖像幅值頻譜之間的關系如下列公式（3）所示：

?????（3）

其中，為傅里葉變換的幅值頻譜；為傅里葉變換的幅值頻譜；

2.極坐標變換

1）極坐標變換

對幅值頻譜進行極坐標變換，變換如下列公式（4）所示：

?????????????????（4）

其中，為經極坐標變換的幅值頻譜；為經極坐標變換的幅值頻譜。