水下三维声成像及声纳图像处理技术研究

摘要

水下三维声成像技术在水下探测、海底物体探测与识别的应用中发挥着重要作用，具有广泛的应用前景。与常规旁扫不同，三维成像声纳可直接获得水下场景的三维图像，因此其可更加直观地反映我们所观察的水下世界。研究水下目标的三维声成像算法以及三维声纳图像的图像处理算法，对于三维成像声纳的设计与应用都具有极为重要的实现意义。 本文以水下目标三维位姿提取研究项目为背景，论文主要的目的是基于高分辨三维成像声纳实现对水下目标位姿进行提取的算法的理论与仿真研究。论文首先介绍了常用声成像技术的原理和区别，重点研究了基于二维FFT的三维成像声纳波束形成技术，对不同条件下的聚焦和契比雪夫加权技术进行了详细的性能评估。论文还深入研究了基于超二次曲面技术的三维声纳图像程距数据建模与分割算法，基于简单的点散射目标模型分别对水下柱状目标、球状目标以及组合目标实现了三维声成像。基于这三类目标的三维成像结果，对本文给出的图像建模与分割算法进行仿真验证研究。仿真结果验证了本文的基于三维声纳图像的水下目标图像建模与分割算法的可行性与有效性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1论文的研究背景与意义

1.2声成像的技术现状

1.3成像声纳技术概况

1.4水下三维声图像处理技术

1.5论文主要研究内容

第2章 水下声成像技术

2.1常用声成像技术

2.1.1声透镜技术

2.1.2波束形成技术

2.1.3声全息技术

2.2波束形成技术

2.2.1基阵模型及指向性分析

2.2.2 FFT波束形成

2.2.3聚焦波束形成

2.2.4阵元的幅度加权

2.2.5平面阵波束形成仿真结果分析

2.3从波束信号到声纳图像

2.4本章小结

第3章 三维声纳图像的分割与建模技术

3.1超二次曲面模型

3.1.1超二次曲面建模研究历程

3.1.2超二次曲面方程

3.1.3环境坐标系下超二次曲面方程

3.1.4超二次曲面的变形

3.2无变形超二次曲面的建模

3.2.1超二次曲面拟合函数

3.2.2 Levenberg-Marquardt算法

3.2.3模型参数初始化

3.3三维目标建模与分割算法

3.3.1 Recover-Select算法

3.3.2种子选取

3.3.3种子的扩展与分割

3.3.4算法总结

3.4算法中的参数选取

3.5本章小结

第4章 水下目标的三维声成像及图像建模仿真

4.1仿真环境

4.2仿真目标建模

4.3仿真步骤

4.4仿真结果分析

4.4.1柱状目标仿真结果分析

4.4.2球状目标仿真结果分析

4.4.3组合目标仿真结果分析

4.5本章小结

结论

参考文献

致谢