[發明專利]一種應用于多波束聲吶目標識別的3D圖像重構方法

有效

• 申請號: 202110248796.2
• 申請日: 2021-03-08
• 公開（公告）號: CN113030984B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 王源
• 申請（專利權）人: 云南保利天同水下裝備科技有限公司
• 主分類號: G01S15/89
• 分類號: G01S15/89;G01S7/52;G06F17/16;G06T17/00
• 代理公司: 昆明普發諾拉知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 53209
• 代理人: 葛玉軍

本發明公開了一種應用于多波束聲吶目標識別的3D圖像重構方法，涉及多波束聲吶目標識別技術領域。通過對原始測試數據進行滑動濾波，濾除旁瓣干擾，提高數據信息的有效性；再結合深度、航速、發射脈沖長度及底部地形預估對數據進行修正，同時考慮相鄰ping之間的關系，得到原始測試數據對應信號點附近的相關數據，再次進行濾波后，可得到原始數據對應信號點及其附近的點即得到連續的信號點，擬合后得到信號強度函數，再結合密度和深度，即可在原來離散信號點上進行插值填充，得到連續化的各信號點，再繪制3D圖像，此時的圖像相對離散信號點構建的圖像更加平滑和完整，目標特征也更加明顯，對于多波束的水下探測也更加有指導意義。

技術領域

本發明涉及多波束聲吶目標識別技術領域，具體涉及一種應用于多波束聲吶目標識別的3D圖像重構方法。

背景技術

現有多波束聲吶在作業時，能一次給出與航跡相垂直的幾十個甚至上百個被測點的水深值，再根據聲束剖面圖、瀑布圖與3D點云圖可以得到水底地形圖，從而得到水底地形變化或者搜索可疑目標物。但波束反射回來的信號點數量是有限的，得到的點云圖是離散的，使得得到的圖像并不能完全真實的反應水下情形，通常還要依賴于操作人員的經驗來進行判斷，容易造成漏判誤判。為提高圖像的完整性，需要對原始數據進行處理，比如會通過讀取聲吶傳送回來的數據包，利用后處理軟件對圖像進行填充和處理，這樣的處理方式需要花費大量的時間，且存在嚴重的滯后性，在實際應用中可以用作參考但是實用性不強。

發明內容

本發明的目的在于提供一種應用于多波束聲吶目標識別的3D圖像重構方法，解決現有多波束聲吶圖像處理不及時的問題。

為解決上述的技術問題，本發明采用以下技術方案：一種應用于多波束聲吶目標識別的3D圖像重構方法，其特征在于包括如下步驟：

(1)根據多波束工作原理，可計算不同水深下，不同發射波束角度、接收波角度下波束的分辨率，生成分辨率識別矩陣庫，并存儲待后續調用；

(2)根據水深與分辨率識別矩陣庫，對接收到的測試數據進行動態的滑動濾波，濾除水柱影像中的旁瓣干擾；

(3)對濾波后的測試數據進行修正，以測試數據對應的深度和角度為索引，在分辨率識別矩陣庫中進行查找，得到當前深度和角度對應的分辨率矩陣，再使用深度、航速、發射脈沖長度對分辨率矩陣進行修正，得到修正后的新模型；

(4)由于目標在水中體積的連續性、多波束系統載體移動速度有限，使得目標在水中具有連續性，因此水中目標會被多波束系統多ping照射到，根據ping數據的先后次序、相鄰ping之間的位置、時間關系、數據的空間關系，利用相鄰ping數據關聯性，計算生成一個目標強度數據庫；

(5)通過數據之間的深度差、方差、標準差獲取測試數據中目標信號附近的相關數據，具體地，在步驟(4)得到的目標強度數據庫中，查找目標強度數據庫內數據的深度變化范圍(多波束以及得到有效底，即已經知道標準深度)，對應得到目標數據庫內各個數據的深度差，在得到深度差之后，即可濾除掉一些無效數據縮小有效數據范圍，在經過上述步驟之后，進一步計算剩余數據與底部數據(有效測深數據)的方差、標準差，進一步得到優化后目標數據；

(6)根據步驟(5)得到的目標數據，分析目標數據深度方向變化趨勢、數據在沿航跡、垂直航跡方向的變化趨勢，選擇插值函數，進行插值填充增強目標數據，根據多波束系統的原理，波束照射到目標之后得到目標數據，直接與多波束系統載體航速、波束照射角度、ping率、深度等有關，因此根據本步驟開始得到的目標在深度方向變化趨勢、在沿航跡方向、垂直航跡變化趨勢，選擇合適的插值函數，構造生成在深度、平行航跡、垂直航跡方向的目標數據；

(7)根據連續信號點進行點云繪制拼接，繪制出目標信號的3D模型。