[發(fā)明專利]一種3D水聲成像系統(tǒng)實(shí)時重建方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811332008.2
• 申請日: 2018-11-09
• 公開（公告）號: CN109523620A
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李志華
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州師范大學(xué)
• 主分類號: G06T15/10
• 分類號: G06T15/10;G06T15/00
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發(fā)明公開了一種3D水聲成像系統(tǒng)實(shí)時重建方法，包括：(1)將獲取的3D水聲成像數(shù)據(jù)輸入2×2網(wǎng)格塊實(shí)點(diǎn)搜索模塊，針對每個掃描波束鏈表上的非空聲學(xué)數(shù)據(jù)點(diǎn)在2×2網(wǎng)格塊進(jìn)行聲學(xué)數(shù)據(jù)點(diǎn)的搜索連接處理；(2)將步驟(1)處理后的數(shù)據(jù)輸入3×3網(wǎng)格塊空點(diǎn)搜索模塊，對網(wǎng)格塊中以空點(diǎn)為中心的3×3區(qū)間進(jìn)行聲學(xué)數(shù)據(jù)點(diǎn)的搜索連接處理；(3)將步驟(2)處理后的數(shù)據(jù)依次輸入2×3垂直網(wǎng)格塊搜索模塊與3×2水平網(wǎng)格塊搜索模塊，進(jìn)行聲學(xué)數(shù)據(jù)點(diǎn)的搜索連接處理；(4)將步驟(3)處理后的數(shù)據(jù)輸入三角面片生成模塊，利用已經(jīng)建立的連接關(guān)系進(jìn)行三角面片生成。利用本發(fā)明，可以有效填補(bǔ)背景噪聲環(huán)境干擾下3D水聲成像數(shù)據(jù)空洞，實(shí)現(xiàn)3D水聲成像數(shù)據(jù)實(shí)時重建。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水下聲學(xué)成像領(lǐng)域，尤其是涉及一種3D水聲成像系統(tǒng)實(shí)時重建方法。

背景技術(shù)

隨著水聲探測在海洋資源開發(fā)中的廣泛應(yīng)用，水聲技術(shù)就成為水下信息探測、定位和通信的有效手段，用于水下探測的水聲成像技術(shù)已成為大規(guī)模水下探測的重要手段。比如公開號為CN102928844A的中國專利文獻(xiàn)公開了一種水下亞波長分辨率三維成像方法，包括以下步驟：(1)聲信號發(fā)射；(2)聲透鏡波束形成；(3)聲信號接收、調(diào)理；(4)圖像處理及顯示：根據(jù)聲透鏡的成像規(guī)律得到的二維數(shù)據(jù)，使用發(fā)射和接收的時間得到的距離數(shù)據(jù)，結(jié)合水聲傳感器的接收的電信號即可得到三維水聲數(shù)據(jù)；將三維水聲圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像增強(qiáng)、圖像分割，最后使用開源可視化程序庫VTK，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)三維成像。

3D水聲成像系統(tǒng)實(shí)時重建在3D水聲成像技術(shù)后續(xù)處理中具有重要的基礎(chǔ)作用，然而由于3D水聲成像數(shù)據(jù)呈立體多層化分布，且數(shù)據(jù)量大、背景回波噪點(diǎn)多，直接進(jìn)行傳統(tǒng)3D網(wǎng)格數(shù)據(jù)搜索與表面重建將會產(chǎn)生大量無效三角面片，同時導(dǎo)致計算量增大和效率低下，并且會形成許多聲納圖像數(shù)據(jù)空洞，難以正確反映海底地形地貌。因此，研究3D水聲成像系統(tǒng)實(shí)時重建方法具有重要的工程實(shí)用價值和理論指導(dǎo)意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種3D水聲成像系統(tǒng)實(shí)時重建方法，可以有效填補(bǔ)背景噪聲環(huán)境干擾下3D水聲成像數(shù)據(jù)的空洞，實(shí)現(xiàn)3D水聲成像數(shù)據(jù)實(shí)時重建。

一種3D水聲成像系統(tǒng)實(shí)時重建方法，包括以下步驟：

(1)將實(shí)時獲取的3D水聲成像數(shù)據(jù)輸入2×2網(wǎng)格塊實(shí)點(diǎn)搜索模塊，針對每個掃描波束鏈表上的非空聲學(xué)數(shù)據(jù)點(diǎn)在2×2網(wǎng)格塊進(jìn)行聲學(xué)數(shù)據(jù)點(diǎn)搜索連接處理；

(2)將步驟(1)處理后的數(shù)據(jù)輸入3×3網(wǎng)格塊空點(diǎn)搜索模塊，對網(wǎng)格塊中以空點(diǎn)為中心的3×3區(qū)間進(jìn)行聲學(xué)數(shù)據(jù)點(diǎn)的搜索連接處理；

(3)將步驟(2)處理后的數(shù)據(jù)依次輸入2×3垂直網(wǎng)格塊搜索模塊和3×2水平網(wǎng)格塊搜索模塊，進(jìn)行聲學(xué)數(shù)據(jù)點(diǎn)的搜索連接處理；

(4)將步驟(3)處理后的數(shù)據(jù)輸入三角面片生成模塊，利用已經(jīng)建立的連接關(guān)系進(jìn)行三角面片生成。

本發(fā)明的方法利用2×2網(wǎng)格塊實(shí)點(diǎn)搜索模塊、3×3網(wǎng)格塊空點(diǎn)搜索模塊、3×2水平網(wǎng)格塊搜索模塊與2×3垂直網(wǎng)格塊搜索模塊，通過高效的立體多層化網(wǎng)格搜索，建立每個相鄰點(diǎn)的連接關(guān)系，改善了連接效果，最后進(jìn)行三角面片連接后，有效填補(bǔ)背景噪聲環(huán)境干擾下3D水聲成像數(shù)據(jù)空洞。

步驟(1)中，所述的2×2網(wǎng)格塊由非空聲學(xué)數(shù)據(jù)點(diǎn)所在掃描波束、該點(diǎn)右側(cè)掃描波束、該點(diǎn)下側(cè)掃描波束以及該點(diǎn)對角線掃描波束組成。

所述2×2網(wǎng)格塊實(shí)點(diǎn)搜索模塊的處理過程為：

(1-1)尋找非空聲學(xué)數(shù)據(jù)點(diǎn)與其右側(cè)掃描波束上層數(shù)差值最小的點(diǎn)并建立連接；具體如下：

將非空聲學(xué)數(shù)據(jù)點(diǎn)與其右側(cè)掃描波束上的點(diǎn)依次比較所處層數(shù)的差值，若差值小于閾值，則兩個聲學(xué)點(diǎn)之間建立連接并且令新的閾值等于差值，重復(fù)該步驟，利用自適應(yīng)閾值的方法尋找差值最小的兩點(diǎn)并建立連接。