一种生成侧扫声呐类正射影像的方法与流程

1.本发明涉及侧扫声呐的技术领域，尤其是涉及一种生成侧扫声呐类正射影像的方法。


背景技术：

2.侧扫声呐是利用回声测深原理探测海底地貌和水下物体的设备，又称旁侧声呐或海底地貌仪。
3.授权公告号为cn205210305u的实用新型专利公开了一种侧扫声呐装置，包括声呐装置及供电装置；声呐装置安装在保护壳内；供电装置具有全封闭外壳，全封闭外壳内设置有充电电池和电池管理电路板，电池管理电路板控制充电电池的充电或放电供声呐装置使用，全封闭外壳内设有磁开关，全封闭外壳外表面设有磁开关孔；磁铁可拆卸地设置于磁开关孔内；磁铁控制所述磁开关的打开和闭合；磁开关控制所述供电装置的输出电路的断开和接通；供电装置与所述声呐装置通过导线电连接；导线与所述供电装置及所述声呐装置均可插拔地插接连接。
4.这种侧扫声呐装置得到的侧扫声呐影像的横向分辨率主要与采样频率和扫宽有关，通常侧扫声呐的扫幅宽度已知，而侧扫声呐的采样率一般是不变的；影像的纵向分辨率主要与载体的测量速度与声呐的工作频率有关。因为侧扫声呐在测量时会受到测量速度的影响，所以侧扫声呐生成的采集影像会存在几何畸变，尤其是沿航向与垂直于航向的影像分辨率不一致，使得采集影像与实际的标准比例影像存在较大的差别，导致影像上的目标物体尺寸存在较大的偏差，进而导致影像的可量取性降低，数据测量误差变大。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本发明的目的之一是提供一种生成侧扫声呐类正射影像的方法。
6.本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：一种生成侧扫声呐类正射影像的方法，所述方法基于横向分辨率约束和纵向影像综合处理相结合，其包括如下步骤：s1、影像采集：对侧扫声呐接收到的信号进行采集并生成非正射影像，所述非正射影像包括非正射横向像素和非正射纵向像素，对非正射影像进行斜距改正；s2、计算约束因子：侧扫声呐测量时已知扫幅宽度l和非正射影像垂直于航线的单列像素数n，计算非正射影像垂直于航线的分辨率，得出的r即为约束因子；s3、计算位移差：s1中所述侧扫声呐接收的信号携带有位置信息，所述位置信息包括横向坐标x和纵向坐标y，随着航线移动和侧扫声呐固定的采样率进行采样会得到多个所述位置信息，计算相邻两组位置信息间的位移差，其中，为相邻两组位置信息的横向坐标之差，为相邻的两组位置信息的纵向
坐标之差；s4、像素综合处理：对所述s1中的非正射影像进行综合处理，得到预处理影像；s5、影像增强处理：对s4得到的预处理影像进行影像增强处理，得到类正射影像，所述类正射影像沿航线方向的分辨率与垂直于航线方向的分辨率相匹配。
7.通过采用上述技术方案，首先进行影像采集，生成带有畸变的非正射影像，其中非正射影像包括非正射横向像素和非正射纵向像素，非正射横向像素组成的横向图像可以正确反映目标物体横向尺寸，但是非正射纵向像素组成的纵向图像因为畸变无法反映目标物体纵向尺寸。所以对约束因子r和位移差d进行计算，然后可以通过约束因子r和位移差d对非正射影像进行综合处理得到预处理影像，预处理影像已经可以正确反映目标物体的尺寸了。最后对预处理影像进行增强处理得到最后的类正射影像，类正射影像相比于预处理影像并没有尺寸的变化，而是清晰度大大提高，影像更清晰。通过以上的步骤使得侧扫声呐采集到的影像量取性提高，测量误差降低。
8.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述s4过程中，将s1得到的所述非正射影像中的非正射纵向影像进行调整，所述调整采用对比法，所述对比法依据的数学公式为：其中，n为标准比例影像中沿着航线方向的理论像素数，d为s3中得到的位移差，r为s2中得到的约束因子；另外已知非正射影像中沿着航线方向初始位置点与终止位置点之间的扫描次数为y，将y与n进行比较，存在以下情况：当yn时，对s1中的非正射纵向像素的像素数进行补足；当yn时，保留s1中的非正射纵向像素；当yn时，对s1中的非正射纵向像素的像素数进行筛减。
9.通过采用上述技术方案，根据约束因子r和位移差d经过运算得到理论像素数n，将理论像素数n和侧扫声呐的扫描次数y进行对比。若是yn，说明非正射影像纵向被压缩，导致非正射影像高度过低，所以需要对非正射纵向像素的像素数进行补足；若是yn，说明非正射影像纵向比例合适，不需要调整；若是yn，说明非正射影像纵向被拉伸，导致非正射影像高度过高，所以需要对非正射纵向像素的像素数进行筛减。
10.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述对s1中的非正射纵向影像的像素值进行补足采用牛顿插值公式法。
11.通过采用上述技术方案，牛顿插值公式的优点在于计算量比较小，可以提高运算效率，从而可以快速得到预处理影像。
12.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述对s1中的非正射影像的像素值进行筛减采用滑动平均处理法。
13.通过采用上述技术方案，滑动平均处理法的优点在于算法简便，计算量较小，可以提高运算效率，同样也是方便快速得到预处理影像。
14.本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述s5中，对影像进行增强处理采用中值滤波的处理方式。
15.通过采用上述技术方案，中值滤波处理的优点在于中值滤波的处理方式为非线性的方法，对于图像噪点的消除方面非常有效，同时它可以保护图像尖锐的边缘，选择适当的点来替代污染点的值，所以处理效果好。
16.综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：1.通过对非正射影像的调整和处理得到类正射影像，可以正确反映目标物体的尺寸，保证了侧扫声呐影像的可量取性，降低了数据测量误差；2.约束因子以及位移差的计算公式都很简便，减少了运算量，提高了影像的调整速度，进而提高了工作效率；3.非正射纵向像素的调整过程中，通过牛顿插值公式法和滑动平均法进行像素调整，使得计算简便，进一步提高了影像生成速度。
附图说明
17.图1是本发明涉及方法的整体步骤图。
18.图2是经过s1之后得到的非正射影像。
19.图3是侧扫声呐工作过程中设置好扫幅宽度和扫描次数后所形成影像的像素布局示意图；图4是经过s4之后得到的预处理影像。
20.图5是经过s5之后得到的类正射影像。
21.图6是s3中对比法的逻辑图.图中，1、目标物体。
具体实施方式
22.以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
23.本发明公开了一种生成侧扫声呐类正射影像的方法，这种方法基于横向分辨率约束和纵向影像综合处理相结合。这样结合的出发点是侧扫声呐产生的影像畸变基本是由航行的速度快慢导致的，侧扫声呐的采样率基本是固定的，所以无论是怎样的航行速度，侧扫声呐的信号的发射和接收频率都是固定的，如此一来当航行速度快的时候会导致影像被压缩，纵向高度变短；航行速度慢的时候会导致影像被拉伸，纵向高度拉长。因为侧扫声呐的扫幅宽度也是已知的，扫幅宽度决定了影像的画面宽度，扫幅宽度固定不变，所以影像画面的宽度也保持不变。这样一来就使得影像的宽度相通，影像的高度因为航行的速度产生变化。
24.参照图1，为本方法的整体步骤图，其具体包括如下的步骤：s1、影像采集：参照图2，由侧扫声呐发射并接收信号，将接收到的信号进行采集从而生成非正射影像，非正射影像就是产生了畸变的影像。非正射影像包括非正射横向像素和非正射纵向像素，其中非正射横向像素产生的横向影像基本没有畸变，可以反映出目标物体1的横向尺寸，但是非正射纵向像素产生的纵向影像畸变严重，无法反映出目标物体1的纵向尺寸。影像采集的过程中同时要对非正射影像的图像进行斜距修正，进一步提高非正射影像图像尺寸的精确度，为接下来的修正打下基础；s2、计算约束因子：约束因子就是用于对非正射纵向像素进行约束。参照图3，侧扫
声呐在测量时已经设置好扫幅宽度，扫幅宽度用l表示。另一个已知的就是非正射影像在垂直于航线方向上单列的像素数，也就是非正射纵向像素单独一列的所有像素数，这个像素数用n表示，扫幅宽度l和单列像素数n是不会随着航行速度的变化而改变的。
25.参照图3，通过扫幅宽度l和非正射影像在垂直于航线方向上单列的像素数n可以计算出非正射影像垂直于航线方向的分辨率，这个分辨率用r表示，计算的公式是，同时计算得到的r既是垂直于航线方向的分辨率，也是约束因子。
26.s3、计算位移差：位移差就是侧扫声呐两次的采样之间位置的变化量。参照图3，s1中侧扫声呐接收到的信号中携带有目标物体1的位置信息，这个位置信息是通过二维坐标的形式显示的，其包括横向坐标和纵向坐标，横向坐标用x表示，纵向坐标用y表示。侧扫声呐随着航线移动的过程中，通过其固定的采样率会收集到多个位置信息，即收集到多个横向坐标x和多个纵向坐标y。比如图3就是目标物体1在采样过程中的成像，需要注意的是图中的目标物体1的形状只是一个示意，实际目标物体1的形状会复杂得多。其中和就是采样中目标物体1轮廓上相邻的两个位置信息，所以可以计算出相邻的两组位置信息之间的位置差，位移差用d来表示，计算的公式是，其中，为相邻两组位置信息的横向坐标之差，即，为相邻的两组位置信息的纵向坐标之差，即；s4、像素综合处理：参照图4，像素综合处理的过程可以对s1中得到的非正射影像进行综合处理，处理过后得到预处理影像；s5、影像增强处理：参照图5，影像增强处理的过程可以对s4中得到的预处理影像进行影像增强，主要是对清晰度进行增强，可以更直观的显示目标物体1，方便测量，通过影像增强处理得到类正射影像，这个类正射影像眼航线方向的分辨率与垂直于航线方向的分辨率相适配，可以正确的体现目标物体1的横向尺寸和纵向尺寸。
27.以上就是整个方法的主要步骤，下面对其中的细节进行详细论述：参照图2至图4，s4过程中提到的像素综合处理，其实质就是对s1中的非正射影像中的非正射纵向像素的像素数进行调整，将非正射纵向像素的像素数调整到与非正射横向影像的像素数相匹配，这样调整的原因是非正射横向像素组成的横向影像本身就没有产生畸变，所以调整之后可以大大减轻非正射纵向像素产生的纵向影像的畸变程度。
28.参照图6，调整采用的是对比法，对比法依据的数学公式是，其中，n为标准比例影像中沿着航线方向的理论像素数，d为s3中得到的位移差，r为s2中得到的约束因子；另外因为侧扫声呐的采样率是固定的，所以可以确定出非正射影像中沿着航线方向初始位置点与终止位置点之间的扫描次数，用y来代表这个扫描次数。接下来将y与n进行比较，那么会有以下的三种情况：1）当yn时，对s1中的非正射影像中的非正射纵向像素的像素数进行补足。因为y
n意味着非正射像素其中的非正射纵向像素的像素数是不够的，一般是航速过快会造成这种情况，这样会导致非正射图像的纵向高度偏短，所以需要对像素数进行补充。对像素数补足的方法采用牛顿插值公式法，牛顿插值公式法的运用需要使用牛顿插值公式，牛顿插值公式为现有技术，在此不多叙述。使用牛顿插值法进行补足的优点在于计算量比较小，可以提高运算效率；2）当yn时，保留s1中的非正射纵向像素。因为yn意味着非正射影像其中的非正射纵向像素的像素数与理论像素数相匹配，此时非正射图像的纵向高度没有发生畸变，可以正确反映尺寸，所以不需要进行调整。需要注意的是，所谓的yn并不是一定认为y要和n完全一致，只要是约等于即可，这个范围控制在5%之内，即的范围内都可以认为是yn；3）当yn时，对s1中的非正射影像中的非正射纵向像素的像素数进行筛减。因为yn意味着非正射影像其中的非正射纵向像素的像素数过多，一般是航速过慢会造成这种情况，这样会导致非正射影像的纵向高度偏长，所以需要对像素数进行删减。对像素数筛减的方法采用滑动平均法，滑动平均法为现有技术，在此不多叙述。使用滑动平均法进行筛减的优点也是在于算法简便，计算量较小，可以提高运算效率。
29.参照图5，s5过程中提到的影像增强处理，其实质就是将经过s4过程后得到预处理影像中的噪音进行消除，从而得到较为清晰的类正射影像。这个过程中对图像进行增强处理所采用的方式是中值滤波的方式，中值滤波的影像处理方法为现有技术，在此不多叙述。采用中值滤波的原因是中值滤波为非线性的方法，在影像噪点消除的方面非常有效，同时它可以保护图像尖锐的边缘，选择适当的点来替代污染点的值，所以处理效果好。
30.参照图1至图5，通过以上的步骤，经过s1，侧扫声呐发射并接收信号从而生成非正射影像，这个非正射影像为畸变影像；经过s2，计算出约束因子，约束因子用于对非正射影像进行约束；经过s3，计算出位移差，位移差用于验证侧扫声呐的航行速度是否符合要求；经过s4，非正射影像调整为预处理影像，预处理影像的纵向高度与目标物体1的实际尺寸相适配；经过s5，预处理影像增强为类正射影像，类正射影像的清晰度相比预处理影像得到提高。
31.本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。