一种提高渔用声呐图像目标分辨率的方法与流程

1.本发明属于渔用声呐技术领域，尤其涉及一种提高渔用声呐图像目标分辨率的方法。


背景技术：

2.渔用声呐作为海洋渔业精准探测与捕捞的重要助渔仪器之一，被广泛应用在海洋渔业生产中。渔用声呐工作原理和主动声呐相同，都是通过信号处理主机向水下发射声波信号，信号遇到鱼群进行发射并被接收机接收实现对鱼群的快速跟踪和定位。用户主要通过实时查看声呐图像来估计鱼群方位及密度等信息，从而实现精准捕捞。由于海水介质本身的声吸收、声传播过程波振面的扩展及海水中各种不均匀的散射等原因，声波在不同海域中的传播速度不同，而且声波在水中的能量传播是随着距离增大而减少，因此，渔用声呐获取的声呐图像大多都会产生失真，图像质量较差，不利于海洋渔业的发展。目前，人们在接收机中使用tvg增益来弥补由于远距离传播带来的能量损失，以提高图像分辨率，现有技术中常用的ad8338芯片tvg增益补偿曲线如图1所示，从图1中可以看出，电路中可变增益放大器最大值为80db，在探测距离不足3000m时，tvg增益已达到最大值，当探测距离大于3000m时，tvg增益补偿将维持某一固定值，由此可知，tvg增益的调整范围是有限的，而且可调范围越大的器件其成本也越高，因此，该方法在实际使用时限制条件较多，难以推广应用。


技术实现要素：

3.针对相关技术中存在的不足之处，本发明提供了一种提高渔用声呐图像目标分辨率的方法，以弥补因信号接收机硬件对远距离回波强度造成的损失，提高声呐图像的目标分辨率，且可实时更改增益并显示当前鱼群图像信息，极大的提高了渔用声呐的探测效率，并降低了其研制的成本。
4.本发明提供一种提高渔用声呐图像目标分辨率的方法，包括以下步骤：
5.步骤1：获取声呐信号处理主机上传的回波数据，并对数据进行预处理,得到预处理回波数据data；
6.步骤2：对步骤1得到的预处理回波数据data进行插值可视化成像，得到初始渔用声呐图像；
7.步骤3：引入增益gain调节步骤2中初始渔用声呐图像的回波强度值，得到初始渔用声呐图像的调节回波强度值image data；
8.步骤4：对步骤3中的调节回波强度值image data行插值可视化成像，得到调节渔用声呐图像。
9.本技术方案通过引入增益gain调节初始渔用声呐图像的回波强度值，以弥补因信号接收机硬件对远距离回波强度造成的损失，提高图像的分辨率，从而实现对鱼群目标的精准探测和高效聚捕。
10.在其中一些实施例中，步骤3中调节回波强度值image data的计算公式为：
11.image data＝20*lg(data) gain。
12.在其中一些实施例中，增益gain的计算公式为：
[0013][0014]
式中，c—数字增益，用于调整声呐图像的整体回波强度信息，数字增益c的取值范围为-50～50db；
[0015]
r—探测量程，km；
[0016]
p—屏幕分辨率；
[0017]
l—探测的距离，数值范围为0～p，除去盲区；
[0018]
d—增益补偿系数，增益补偿系数d的数值为1～10之间的整数。
[0019]
在其中一些实施例中，数字增益c根据初始渔用声呐图像的回波强度值取值。
[0020]
在其中一些实施例中，在步骤1中，根据声呐信号处理主机上传的回波数据，得到实时回波强度最大值max_data，通过比较实时回波强度最大值max_data与预先设定的回波强度mid_data以判断初始渔用声呐图像的回波强度值；数字增益c预先设定初始值c0，当实时回波强度最大值max_data大于预先设定的回波强度mid_data时，将初始值c0减小3db作为数字增益c，当实时回波强度最大值max_data小于预先设定的回波强度mid_data时，将初始值c0增大3db作为数字增益c。
[0021]
在其中一些实施例中，增益补偿系数d根据探测量程r的数值大小进行取值。
[0022]
在其中一些实施例中，当探测量程r数值在1000m以下时，增益补偿系数d的数值为≥8；当探测量程r数值在1000m～2000m时，增益补偿系数d的数值为6～8；当探测量程r数值在2000m～4000m时，增益补偿系数d的数值为4～6；当探测量程r数值在4000m以上时，增益补偿系数d的数值为≤4。
[0023]
基于上述技术方案，本发明实施例中一种提高渔用声呐图像目标分辨率的方法通过弥补因信号接收机硬件对远距离回波强度造成的损失，提高图像的分辨率，不仅提高了渔用声呐的探测效率，还降低了其研制的成本；而且不需要改变信号处理主机(即下位机)，简单易操作。
附图说明
[0024]
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0025]
图1为现有技术中ad8338芯片tvg增益补偿曲线；
[0026]
图2为本发明提高渔用声呐图像目标分辨率的方法一个实施例中，测量程r为2000m时增益补偿系数d曲线；
[0027]
图3为本发明提高渔用声呐图像目标分辨率的方法一个实施例中，测量程r为4000m时增益补偿系数d曲线；
[0028]
图4为本发明提高渔用声呐图像目标分辨率的方法一个实施例的工作流程图；
[0029]
图5为本发明提高渔用声呐图像目标分辨率的方法一个实施例的工作原理图。
具体实施方式
[0030]
下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0031]
在本发明提高渔用声呐图像目标分辨率的方法的一个示意性实施例中，该提高渔用声呐图像目标分辨率的方法包括以下步骤：
[0032]
步骤1：获取声呐信号处理主机上传的回波数据，并对数据进行预处理,得到预处理回波数据data；
[0033]
步骤2：对步骤1得到的预处理回波数据data进行插值可视化成像，得到初始渔用声呐图像；
[0034]
步骤3：引入增益gain调节步骤2中初始渔用声呐图像的回波强度值，得到初始渔用声呐图像的调节回波强度值image data；
[0035]
步骤4：对步骤3中的调节回波强度值image data行插值可视化成像，得到调节渔用声呐图像。
[0036]
需要说明的是，上述示意性实施例中，步骤1中预处理回波数据data包括了步骤2中初始渔用声呐图像的回波强度值。还需要说明的是，步骤4中，调节渔用声呐图像即最终的渔用声呐图像，调节渔用声呐图像的分辨率要远高于初始渔用声呐图像。
[0037]
在上述示意性实施例中，步骤3中调节回波强度值image data的计算公式为：
[0038]
image data＝20*lg(data) gain。
[0039]
在上述示意性实施例中，增益gain的计算公式为：
[0040][0041]
式中，c—数字增益，用于调整声呐图像的整体回波强度信息，数字增益c的取值范围为-50～50db；
[0042]
r—探测量程，km；
[0043]
p—屏幕分辨率；
[0044]
l—探测的距离，数值范围为0～p，除去盲区；
[0045]
d—增益补偿系数，增益补偿系数d的数值为1～10之间的整数。
[0046]
其中，数字增益c根据初始渔用声呐图像的回波强度值取值。
[0047]
增益补偿系数d根据探测量程r的数值大小进行取值，当探测量程r数值在1000m以下时，增益补偿系数d的数值为≥8；当探测量程r数值在1000m～2000m时，增益补偿系数d的数值为6～8；当探测量程r数值在2000m～4000m时，增益补偿系数d的数值为4～6；当探测量程r数值在4000m以上时，增益补偿系数d的数值为≤4。
[0048]
需要说明的是，上述示意性实施例是基于渔用声呐的显控系统进行调节，如图4和图5所示，渔用声呐的工作原理为：多波束渔用声呐通过接收下位机的回波数据，经过udp通讯，将原始数据传输到显控系统；显控系统首先经过数据预处理，然后利用现有技术的算法和程序使图像可视化；用户根据屏幕显示的图像效果，选择是否要进行增益gain调节，如果不需要进行增益gain调节，则显控系统屏幕显示的图像即最终的渔用声呐图像；如果需要
进行增益gain调节，显控系统设置了手动调节模式和自动调节模式，用户可任意选择其中一个模式进行调节。下面将以实施例的方式具体说明手动调节模式和自动调节模式的调节过程。
[0049]
实施例一
[0050]
在手动模式中，声呐回波强度值可通过观察显控系统屏幕显示的图像信息判断，具体调节过程为：
[0051]
如果声呐回波强度较小，导致声呐图像目标显示不明显，会过滤掉一些鱼群目标，此时，需要将数字增益c的数值调大，以使鱼群目标能够清晰可见，调整过程需要进行多次，每次调整的幅度为 3db，直到清晰可见鱼群目标。如果回波强度过大，导致声呐图像目标过于突出或者噪声太大，以致无法分辨目标，此时，需要调小数字增益c的数值，使噪声和混响的强度降低，突出目标强度，调整过程需要进行多次，每次调整的幅度为-3db，直到能够准确识别鱼群目标信息。
[0052]
此外，还需要根据探测量程r调整增益补偿系数d的数值。当探测较远距离的水下目标(即探测量程r较大)时，由于声波能量损失以及噪声及混响的影响，导致远端目标难以分辨，此而靠近船周围的目标(即探测量程r较小)时，声波能量损失较小，声呐探测的图像分辨率较高。当探测量程r数值在1000m以下时，增益补偿系数d的数值为≥8；当探测量程r数值在1000m～2000m时，增益补偿系数d的数值为6～8；当探测量程r数值在2000m～4000m时，增益补偿系数d的数值为4～6；当探测量程r数值在4000m以上时，增益补偿系数d的数值为≤4。附图2和附图3分别是探测量程r在2000m和4000m的增益补偿曲线，选择合适的增益补偿系数d。
[0053]
需要说明的是，为了控制单一变量，以快速得到分辨率较高的图像，通常数字增益c和增益补偿系数d的调节过程相互独立的。
[0054]
实施例二
[0055]
在自动选择模式中，初始渔用声呐图像的回波强度值通过比较实时回波强度最大值max_data与预先设定的回波强度mid_data进行判断，具体调节过程为：
[0056]
在步骤1中，根据声呐信号处理主机上传的回波数据，得到实时回波强度最大值max_data，数字增益c预先设定初始值c0，当实时回波强度最大值max_data大于预先设定的回波强度mid_data时，将初始值c0减小6db作为数字增益c，当实时回波强度最大值max_data小于预先设定的回波强度mid_data时，将初始值c0增大6db作为数字增益c。
[0057]
当探测量程r数值在1000m以下时，增益补偿系数d的数值为8；当探测量程r数值在1000m～2000m时，增益补偿系数d的数值为6；当探测量程r数值在2000m～4000m时，增益补偿系数d的数值为4。
[0058]
需要说明的是，选择了自动选择模式时，也可人工进行参数修改和调整，以实现渔用声呐图像的最优显示。
[0059]
在上述示意性实施例中，提高渔用声呐图像目标分辨率的方法能够在不改变信号处理主机(即下位机)的情况下，通过引入增益gain调节初始渔用声呐图像的回波强度值，以弥补因信号接收机硬件对远距离回波强度造成的损失，提高图像的分辨率，从而实现对鱼群目标的精准探测和高效聚捕，不仅提高了渔用声呐的探测效率，还降低了其研制的成本。
[0060]
最后应当说明的是：本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0061]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。