基于特征点的侧扫声呐图像拼接技术研究

摘要

随着陆地资源的日渐短缺，充分开发和利用海洋资源已成为21世纪各国不可忽视的一部分，捍卫海洋权益和海洋安全也已经上升到战略高度。目前对海洋世界的探索主要是运用声呐设备，通过接收向水下发射的声波的回波信号生成声呐图像，对声呐图像进行分析处理以达到探索海洋的目的。但是目前最常用的侧扫声呐生成的图像都为条状图像，不便于观察海底全貌，在海底地貌测绘、海底资源开发、海底作战等重要领域的应用受到制肘，为此，本文对侧扫声呐图像拼接技术相关算法进行深入研究，主要工作如下：
　　对Triton Imaging Inc公司创建并使用的声呐设备配套(.XTF格式)文件进行数据解码，读取侧扫声呐图像数据、GPS数据、船航向、速度数据等相关信息，生成条状声呐图像；针对声波在传播过程中损耗等问题造成的声呐图像灰度值反差大现象对其进行灰度校正；针对船速变化引起的侧扫声呐图像纵向比例失真现象对其进行速度校正；针对声呐图像生成时存在目标在靠近中央盲区区域横向压缩较大，在远离中央盲区区域压缩较小的问题对其进行斜距校正；针对声呐图像噪声多的原因进行分析，并对噪声进行建模分析，利用常用图像去噪方法对声呐图像进行去噪处理，并对处理结果进行对比分析；采用自适应中值滤波与偏微分方程相结合的方法对声呐图像进行滤波处理，经验证该方法对声呐图像去噪效果较好，可以有效去除图像噪声。
　　针对侧扫声呐图像拼接相关技术在海底作战、海底救援等领域对拼接实时性的要求，对常用图像配准算子进行了系统的对比分析，并且深入研究了配准速度非常快的ORB(Oriented Brief)算法，针对ORB算子对图像纹理丰富区域提取的特征点过多、分布不均匀等问题提出基于网格分割的方法，实现了在不影响配准精度的情况下对声呐图像的快速拼接；针对侧扫声呐图像拼接技术在海底地貌测绘、海底资源开发、海底沉积物识别等领域对拼接精确度的要求，着重对KAZE算子进行深入研究，给出其对声呐图像配准结果，并从实时性、鲁棒性、精确性三方面对本文涉及到方法进行对比分析，给出分析结果。
　　利用RANSAC算法计算出待拼接图像间的转换关系矩阵完成侧扫声呐图像的拼接；针对拼接后图像可能存在拼接缝隙影响人眼观察或进一步处理的情况对常用图像融合算法进行研究，给出实验结果并良好的消除了拼接缝隙；最后对本文研究工作做出总结，对进一步工作进行展望。

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第1章 绪论

1.1 论文研究的背景、目的和意义

1.2 论文课题研究现状

1.3 本论文研究的主要内容及组织结构

第2章 侧扫声呐的图像重建及图像预处理

2.1 引言

2.2 侧扫声呐图像的解码与重建

2.3 侧扫声呐图像的预处理

2.4 本章小结

第3章 侧扫声呐图像特征提取与配准算法研究

3.1 引言

3.2 常用角点检测算子介绍

3.3 基于ORB算法的侧扫声呐图像配准研究

3.4 基于RANSAC算法剔除错误匹配的研究

3.5 本章小结

第4章 基于KAZE算法的声呐图像配准技术研究

4.1 引言

4.2 基于KAZE算法的侧扫声呐图像配准技术研究

4.3 实验结果对比分析

4.4 本章小结

第5章 侧扫声呐图像的融合技术研究

5.1 引言

5.2 图像融合技术概述

5.3 常用图像融合算法介绍

5.4 实验结果对比分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢