海底冷泉声学图像系统软件及处理方法研究

摘要

海底冷泉是天然气水合物存在的重要形式，因此其探测对于缓解能源危机和环境恶化具有重要研究意义，海底冷泉声学图像系统软件及处理方法研究是用于增强冷泉声学图像的显示效果，能够为冷泉探测提供帮助。本文对基于LabVIEW探测系统软件提出了优化和改进，并提出了两种新的声学图像处理方法，同时也解决了冷泉三维重建问题，主要工作包括: (1)基于LabVIEW设计并实现了海底深度实时显示模块、调查船航速和海拔高度实时显示模块以及调查船姿态实时显示模块。基于回放功能以及海试数据的测试表明海底深度实时显示模块工作正常；基于虚拟串口、串口调试软件以及GPS、姿态传感器与探测系统之间的通信协议的调试表明其他模块也均能正常工作。 (2)针对海洋环境噪声和调查船本体噪声引起海底冷泉声学图像模糊的问题，基于传统的空域维纳滤波法和中值滤波法提出了一种新的声学图像组合去噪方法，并将其应用到基于LabVIEW探测系统软件，测试结果表明新方法相比于传统方法的去噪性能有所提升。 (3)针对冷泉气泡羽状流声学“软界面”引起海底冷泉声学图像中冷泉目标对比度不高的问题，基于传统的直方图均衡化和离散空间差分法提出了一种新的声学图像组合增强方法，并将其应用到基于LabVIEW探测系统软件，测试结果表明新方法相比于传统方法的增强性能有所提升。 (4)针对冷泉三维模型重建的问题，使用多种插值法对声图数据样本空间进行插值处理得到网格数据，再使用Marching Cubes算法重建冷泉三维模型，仿真结果表明最近邻点插值法的插值效果较好。

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摘要

图表目录

缩略语表

1绪论

1．1概述

1．2海底冷泉声学图像发展历程

1．3海底冷泉声学图像研究目标

1．4海底冷泉声学图像研究现状

1．5本文主要工作及章节安排

2海底冷泉声学探测系统

2．1引言

2．2系统理论基础

2．3系统可行性分析

2．4系统功能和指标

2．5系统硬件组成

2．6本章小结

3基于LabVIEW探测系统软件设计

3．1引言

3．2系统软件平台

3．3软件需求分析

3．4软件架构设计

3．4．1 HOST端设计

3．4．2 FPGA端设计

3．4．3声图数据设计

3．5软件优化和改进

3．5．1海底深度实时显示模块

3．5．2调查船航速和海拔高度实时显示模块

3．5．3调查船姿态实时显示模块

3．6本章小结

4海底冷泉声学图像处理方法研究

4．1引言

4．2声学图像预处理方法

4．3一种新的声学图像组合去噪方法

4．3．1问题分析

4．3．2方法设计

4．3．3评价指标

4．3．4数据分析

4．4一种新的声学图像组合增强方法

4．4．1问题分析

4．4．2方法设计

4．4．3评价指标

4．4．4数据分析

4．5声学图像校正方法

4．6声学图像处理方法应用

4．7本章小结

5海底冷泉三维重建研究

5．1引言

5．2冷泉三维重建数据预处理

5．3海底冷泉网格数据构建

5．3．1声图数据三维化处理

5．3．2样本空间插值处理

5．4海底冷泉包络面绘制

5．4．1等值三角面片生成

5．4．2等值三角面片绘制

5．5本章小结

6总结与展望

6．1全文工作总结

6．2未来研究展望

致谢

参考文献

附录