手持式三维声纳实时成像系统软件设计

摘要

随着水声探测在海洋资源开发中的广泛应用，声纳成像技术已成为水下监测的重要手段。然而，目前三维声纳图像的显示一般利用PC平台实现，规模较复杂且集成度低。虽然也有一些前视声纳成像系统，但现有的前视声纳体积和功耗都比较大，可视化效果不佳，不适合蛙人使用。因此研究手持式三维声纳成像系统具有较高的工程应用价值。
　　本课题针对传统三维声纳成像系统集成度低、实时性差的问题，研发了用于蛙人水下作业的手持式三维声纳实时成像系统软件，将信号的发射采集模块与图像显示模块集成一体。该系统基于DM8127处理器实现声纳图像的处理，通过数据解析、实时重建、图像渲染显示等过程完成三维成像，并以模块化多线程运行的方式，研发了一套通讯机制便于模块间的消息交互。同时，考虑嵌入式系统内存容量有限、内存带宽较低等缺陷，利用坐标转换数组预生成、自适应阈值的网格构建等方法实现实时高精度的三维建模，同时采用多线程并行处理架构改善网格构建时的系统处理性能，降低处理时延，并利用OpenGL ES2.0实现三维声纳图像的渲染和显示。测试结果表明，该系统能清晰显示水下探测目标，且实时成像速率可高达25帧/秒，达到系统实时性要求，且一体化集成设计便于手持使用。

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致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 成像声纳发展现状

1．2．2 三维图像处理技术研究现状

1．3 课题研究内容

1．4 本论文组织结构

2 相关技术介绍

2．1 嵌入式Linux操作系统

2．2 嵌入式界面开发环境

2．2．1 嵌入式GUI介绍与比较

2．2．2 Qt／Embedded

2．3 可视化工具OpenGL ES

2．4 本章小结

3 系统总体框架

3．1 系统总体架构

3．2 系统硬件架构

3．3 系统软件架构

3．4 本章小结

4 系统软件详细设计

4．1 数据接收模块

4．1．1 声纳数据接收

4．1．2 GPS信患与姿态信息获取

4．2 存储模块

4．3 参数控制模块

4．4 可视化处理模块

4．4．1 图像数据解析

4．4．2 实时重建

4．4．3 三维图像显示

4．5 本章小结

5 可视化算法设计

5．1 图像数据解析

5．2 实时重建

5．2．1 基于自适应阈值的三角网格构建

5．2．2 多线程并行处理

5．3 基于OpenGL ES 2．0的图像渲染

5．4 本章小结

6 系统测试

6．1 测试模块设计

6．2 功能测试

6．2．1 存储模块测试

6．2．2 可视化处理模块测试

6．2．3 其他模块测试

6．3 性能测试

6．4 本章小结

7 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

作者简历