[發明專利]一種基于AUV的側掃聲吶圖像識別方法

在審

• 申請號: 202010058612.1
• 申請日: 2020-01-18
• 公開（公告）號: CN111368633A
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 何波;于菲;李凱歌;王淇;武玫含
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/62;G06N3/04;G06N3/08;G01S15/89
• 代理公司: 青島中天匯智知識產權代理有限公司 37241
• 代理人: 雷斐

本發明公開了一種基于AUV的側掃聲吶圖像識別方法，通過搭載在AUV上的側掃聲吶圖像識別系統采集并獲取聲吶原始數據流；對所獲聲吶原始數據流進行實時解析，然后將解析后的數據進行聲吶圖像的拼接，并對其進行矯正；將實時解析后的圖像輸入到提前訓練好的深度網絡模型之中，實時進行識別，并且在識別的過程中計算目標點的經緯度；將識別的結果和目標點的經緯度轉換成相應的系統指令，反饋給AUV，AUV對于識別的結果進行相應的決策。本發明解決了現有技術存在的實現過程繁瑣、實時性差，識別精度低等問題，提高了AUV作業效率，使處于測繪區域的AUV對選擇繼續探索未知區域的海底環境能力增強，并能夠做出智能化的決策，具有較高的實際應用價值。

技術領域

本發明涉及一種基于AUV的側掃聲吶圖像識別方法，屬于側掃聲吶圖像識別技術領域。

背景技術

聲學成像傳感器能提供海底回波信號形成的高分辨率聲圖像，側掃聲吶是海底地形地貌探測的主要傳感器之一，近年來，聲吶探測技術的發展極大的拓展了人類對海洋的認知，其中高分辨率側掃聲吶在海底勘探、地質分類、水下目標探測等方面得到重要應用。

基于側掃聲吶圖像的水下目標探測與識別方法的一般過程可分為聲吶圖像的預處理、特征提取和目標識別，其中高效、精準的識別算法可確保目標識別的效率和精度。近年來深度學習在計算機視覺應用中高速發展，側掃聲吶圖像的識別技術得到了極大的發展，識別結果給AUV的決策帶來了極大的保障。因此，基于AUV的側掃聲吶圖像識別系統具有重要研究意義，其中，快速、高效的海底目標識別技術使得搭載側掃聲吶的AUV具有更高的安全性、智能型和更低的維護成本。

現有技術中，對于AUV的控制一般都是在岸機端，通過按鍵或手柄控制AUV的活動。然而，在岸上控制AUV具有較大的缺陷：1、水下環境使得聲學和無線電通信變得復雜，一些在岸上給設備發送命令的控制方式很難實現；2、AUV在接收岸上的命令信號時可能會出現延時或偏差等錯誤，導致AUV不能實時的反饋真實的海底地貌情況；3、要想勘察真實的海底地貌，需要搭載在AUV上的側掃聲吶進行帶纜操作，人員根據岸基上側掃聲吶的掃描結果再決定AUV的下一步路線，因此只能在水深較淺的海域進行試驗，對深海的勘測則存在很大的限制。

對于實際要求較高的實踐性工作，水下設備交互控制、實現實時性勘察的重要性不言而喻。然而，由于上述問題導致交互控制方式受到極大限制，現有技術無法滿足技術需要。

發明內容

本發明的目的在于克服現有AUV實時勘測后識別效率低，甚至需要線下分析掃描過的海域是否有目標物存在的缺陷，提出了一種基于AUV的側掃聲吶圖像識別方法，在復雜水下環境中能有效提高識別效率，達到實時性的同時，還具有較高的識別精度，從而實現AUV在復雜海域里識別不同的目標物，為AUV決策提供保障。

為實現上述技術目的，本發明給出的技術方案是：一種基于AUV的側掃聲吶圖像識別方法，具體步驟如下：

步驟一、通過搭載在AUV上的側掃聲吶圖像識別系統采集并獲取聲吶原始數據流；

步驟二、對步驟一中所獲聲吶原始數據流進行實時解析，然后將解析后的數據進行聲吶圖像的拼接，并對其進行矯正；

步驟三、將步驟二實時解析后的圖像輸入到提前訓練好的深度網絡模型之中，實時進行識別，并且在識別的過程中計算目標點的經緯度；

步驟四、將識別的結果和目標點的經緯度轉換成相應的系統指令，反饋給AUV，AUV對于識別的結果進行相應的決策。

進一步的，所述采集依據的準則是：在AUV左右各安裝一條側掃聲納的換能器，首先發射一個短促的聲脈沖，聲波按球面波方式向外傳播，碰到海底或水中物體會產生散射，其中的反向散射波會按原傳播路線返回，被換能器接收，經換能器轉換成一系列電脈沖，而后將每一發射周期的接收數據一線接一線地縱向排列，顯示在顯示器上，構成二維海底地貌聲圖，聲圖平面和海底平面成逐點映射關系，聲圖的亮度包涵了海底的特征。