一种前视声纳波束域图像拼接方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114219709A(43)申请公布日2022.03.22(21)申请号202111411499.1(22)申请日2021.11.25(71)申请人哈尔滨工程大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街145号哈尔滨工程大学科技处知识产权办公室(72)发明人卞红雨魏明哲吕征张锋林存毅(51)Int.Cl.G06T3/40(2006.01)G06T5/50(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图8页(54)发明名称一种前视声纳波束域图像拼接方法(57)摘要本发明公开了一种前视声纳波束域图像拼接方法，包构建表达域映射星座图，形成波束域和图像域之间数据转换关系；根据表达域映射星座图，拆分声纳实际运动，构建旋转运动、位移运动模式下表达域映射模型；采用实测临近帧声纳图像，以前一帧图像为基准，将声纳实际运动情况按旋转运动、位移运动进行分解，对后一帧图像参照表达域映射模型进行图像形变运算，实现两幅图像中目标重合；对目标已重合的两幅波束域图像，采用Laplace金字塔分层融合策略进行图像融合；采用前视声纳序列图像，进行连续多帧数据波束域拼接运算，通过插值展开到图像域中。本发明很好的去除图像与拼接中产生的边缘接缝，消除扇形展开插值运算拼接时出现的伪目标值。CN114219709ACN114219709A权利要求书1/2页1.一种前视声纳波束域图像拼接方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采集前视声纳图像数据并以二维图像形式存储在波束域下，图像横轴代表声纳波束数N，纵轴代表每条波束的采样点数M；步骤2：根据前视声纳参数，包括波束数N，每个波束采样点数M和单位水平开角θ0，构建表达域映射星座图，形成采样点在波束域的坐标与在图像域的坐标的对应关系；步骤3：根据表达域映射星座图，拆分声纳实际运动模式，分别构建声纳在旋转运动、位移运动两种运动模式下的表达域映射模型，所述模型分别反映声纳在所述两种运动模式下波束域数据中每个采样点随声纳运动的形变情况；步骤4：采用实测临近帧声纳图像，以其中前一帧待拼接图像为基准，将声纳实际运动情况按旋转运动、位移运动进行分解，对后一帧待拼接图像参照步骤3中旋转运动、位移运动两种运动模式下的表达域映射模型进行图像形变运算，实现两幅待拼接图像中目标的重合；步骤5：对目标已重合的两幅波束域待拼接图像，采用Laplace金字塔分层融合策略进行图像的融合；步骤6：采用实测前视声纳序列图像，按照步骤3‑5分别进行连续多帧数据的波束域拼接运算，并通过插值展开到图像域中显示。2.根据权利要求1所述的一种前视声纳波束域图像拼接方法，其特征在于：步骤2所述根据前视声纳参数构建表达域映射星座图，形成波束域数据点与图像域数据点的一一对应关系包括：在表达域映射星座图中，假设波束域中采样点坐标为(n,m)，n＝[1,2,···,N]，m＝[1,2,···,M]，波束域中采样点在图像域中的位置满足：其中，x，y为波束域中采样点在图像域中的位置坐标，θ为波束域中采样点在图像域中相对于波束组成的扇形区域中心轴线的波束角，θ0为前视声纳单位水平开角，R为波束域中采样点对应的波束探测距离，则R＝r0+rm，其中rm＝m，r0为声纳最小分辨距离。图像域中采样点在波束域中的位置满足：3.根据权利要求1所述的一种前视声纳波束域图像拼接方法，其特征在于：步骤3所述构建声纳在旋转运动、位移运动两种运动模式下的表达域映射模型具体为：旋转运动模式下的表达域映射模型具体为：nbeam＝anglein×N/angleSector其中，nbeam为波束域中水平位移像素数，anglein为图像的角度旋转量，angleSector为声纳扇形总开角(N‑1)×θ0；位移运动模式下的表达域映射模型具体为：2CN114219709A权利要求书2/2页其中，x1＝R1·sinθ1，y1＝R1·cosθ1表示声纳运动前图像域采样点的坐标位置，x2,y2为声纳运动后图像域采样点的坐标位置，Δx，Δy为声纳在垂直方向和水平方向运动的位移变量；令中，Δx＝0，则得到垂直方向运动模式的表达域映射模型；令Δy＝0，则得到水平方向运动模式的表达域映射模型。4.根据权利要求1所述的一种前视声纳波束域图像拼接方法，其特征在于：步骤4所述对后一帧待拼接图像参照步骤3中旋转运动、位移运动两种运动模式下的表达域映射模型进行图像形变运算包括：当声纳进行旋转运动时，后一帧待拼接图像中目标在波束域中存在水平位移，在垂直方向上没有畸变，水平位移量为：nbeam＝anglein×N/angleSector其中，nbeam为波束域中水平位移像素数，anglein为后一帧图像的角度旋转量，angleSector为声纳扇形总开角(N‑1)×θ