[發(fā)明專利]一種基于聲吶圖像處理的水下沉埋物識(shí)別與定位方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011427508.1
• 申請(qǐng)日: 2020-12-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112529072A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尹毅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司七五0試驗(yàn)場(chǎng)
• 主分類號(hào): G06K9/62
• 分類號(hào): G06K9/62;G06K9/46;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 昆明今威專利商標(biāo)代理有限公司 53115
• 代理人: 蘇杭

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于聲吶圖像處理的水下沉埋物識(shí)別與定位方法，屬應(yīng)用于水中兵器試驗(yàn)領(lǐng)域水下沉埋物探測(cè)與打撈領(lǐng)域。包括構(gòu)建可擴(kuò)展的聲吶圖像數(shù)據(jù)庫(kù)、建立深度學(xué)習(xí)的沉埋物圖像識(shí)別算法、標(biāo)定聲吶圖像的空間位置坐標(biāo)、沉埋物探測(cè)的聲吶圖像目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別和定位來(lái)實(shí)現(xiàn)；本發(fā)明專利提出了基于深度學(xué)習(xí)的聲吶圖像沉埋物目標(biāo)自動(dòng)檢測(cè)識(shí)別技術(shù)，通過(guò)深度學(xué)習(xí)技術(shù)的移植應(yīng)用，改善了聲吶圖像目標(biāo)識(shí)別難度高、高度人工依賴等問(wèn)題；解決了聲吶圖像空間坐標(biāo)缺失的問(wèn)題。可以實(shí)現(xiàn)水下沉埋物探測(cè)作業(yè)的聲吶圖像目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別和空間位置定位，實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)沉埋物探測(cè)作業(yè)技術(shù)和方法的創(chuàng)新變革和提高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明專利屬于一種基于聲吶圖像處理的水下沉埋物識(shí)別與定位技術(shù)，可以應(yīng)用于水中兵器試驗(yàn)領(lǐng)域水下沉埋物探測(cè)與打撈等方面。

背景技術(shù)

水下沉埋裝備打撈是水中兵器試驗(yàn)靶場(chǎng)的重要業(yè)務(wù)之一。沉埋物的探測(cè)和定位是實(shí)現(xiàn)打撈的先決條件，由于水底地形地貌多變、水環(huán)境復(fù)雜、可見(jiàn)度差，在大面積深水區(qū)域探測(cè)和識(shí)別沉埋物是極具挑戰(zhàn)性的課題。隨著聲吶技術(shù)的發(fā)展，圖像聲吶已成為搜尋湖底沉埋物的主力設(shè)備和技術(shù)手段，但在實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)聲吶圖像探測(cè)沉埋物還存在技術(shù)和使用方法上的不足。首先，相比光學(xué)圖像，聲成像結(jié)構(gòu)粗糙、精細(xì)度差，目標(biāo)對(duì)比度低、特征不明顯是聲吶圖像的致命缺陷，往往需要經(jīng)過(guò)專業(yè)訓(xùn)練的人員細(xì)致判讀聲吶圖像才能識(shí)別沉埋物；其次，聲吶圖像一般具有接近一千米的搜尋視場(chǎng)寬度，而大部分沉埋裝備的最大尺度一般只有幾米，在如此大的成像范圍內(nèi)人眼難以快速發(fā)現(xiàn)圖像目標(biāo)；再次，在使用方法方面，由于圖像聲吶缺乏定位輔助系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)可疑目標(biāo)后往往需要反復(fù)尋找、確認(rèn)目標(biāo)位置。

另外，如果僅依靠人工讀圖，通過(guò)圖像聲吶搜尋水下沉埋物時(shí)，對(duì)沉埋物的正確識(shí)別率，除受聲吶圖像等探測(cè)設(shè)備的性能影響外，還與設(shè)備操作人員的經(jīng)驗(yàn)是否豐富密切相關(guān)。總體來(lái)說(shuō)，現(xiàn)階段的沉埋物探測(cè)方法，一方面需要非常專業(yè)的聲吶圖像判讀人員來(lái)完成工作，由于人員及崗位變化不可避免，往往需要花費(fèi)大量精力和成本在人員培訓(xùn)方面，而且判讀圖像聲吶的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)難以復(fù)制，難以應(yīng)付短時(shí)間內(nèi)工作量急劇增加的情況，存在成本高、效率低等問(wèn)題；另一方面，人員對(duì)聲吶圖像的判讀水平和準(zhǔn)確度不但與知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)直接相關(guān)，還與工作時(shí)的身體狀態(tài)、精神及情緒狀況等不可量化因素相關(guān)，容易隨機(jī)地導(dǎo)致誤判和錯(cuò)判，存在隨機(jī)性高、誤差不可控等問(wèn)題；另外，由于缺乏有效的沉埋物定位手段，還存在重復(fù)勞動(dòng)多、效率低等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明專利設(shè)計(jì)了一種基于聲吶圖像識(shí)別的水下沉埋物自動(dòng)識(shí)別與定位技術(shù)，通過(guò)聲吶圖像識(shí)別算法自動(dòng)檢測(cè)、識(shí)別圖像聲吶掃面湖底獲得的沉埋物圖像目標(biāo)，再基于船位坐標(biāo)系統(tǒng)建立圖像聲吶的成像坐標(biāo)系，結(jié)合二者可實(shí)現(xiàn)沉埋物的自動(dòng)識(shí)別和空間位置定位。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種基于聲吶圖像處理的水下沉埋物識(shí)別與定位技術(shù)，包括以下步驟：

S1、構(gòu)建可擴(kuò)展的聲吶圖像數(shù)據(jù)庫(kù)：以實(shí)際水上作業(yè)探測(cè)沉埋物的聲吶圖像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，豐富和擴(kuò)展現(xiàn)有聲吶圖像數(shù)據(jù)；

S2、建立深度學(xué)習(xí)的沉埋物圖像識(shí)別算法：基于深度學(xué)習(xí)、人工特征工程和其他先驗(yàn)知識(shí)的聲吶圖像沉埋物檢測(cè)技術(shù)，并以基于沉埋物回波特性識(shí)別的水聲識(shí)別技術(shù)為補(bǔ)充手段，形成沉埋物探測(cè)識(shí)別算法；

S3、標(biāo)定聲吶圖像的空間位置坐標(biāo)：基于船只導(dǎo)航定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)圖像聲吶成像區(qū)域的空間位置標(biāo)定；基于船只拖曳圖像聲吶搜尋沉埋物時(shí)，船只的位置、速等信息，圖像聲吶的掃描范圍、扇區(qū)角度、視場(chǎng)角、距離物理參數(shù)，從而標(biāo)定聲吶圖像的空間位置坐標(biāo)；

S4、沉埋物探測(cè)的聲吶圖像目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別和定位：通過(guò)聲吶圖像沉埋物檢測(cè)識(shí)別算法自動(dòng)判讀聲吶圖像，獲得沉埋物疑似目標(biāo)在聲吶圖像上的像素坐標(biāo)，再根據(jù)聲吶圖像的空間位置標(biāo)定信息解算沉埋物疑似目標(biāo)的實(shí)際空間位置，從而實(shí)現(xiàn)沉埋物探測(cè)的聲吶圖像目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別和定位。