一种侧扫声纳图像的无缝拼接方法

一种侧扫声纳图像的无缝拼接方法

发表时间：2019-07-30T16:14:56.560Z 来源：《防护工程》2019年8期作者：胡鑫玉程彬彬徐从营[导读] 本文以某湖泊实测的侧扫声纳数据为例，研究侧扫声纳图像的无缝拼接方法，对其中的关键步骤进行详细的阐述。

中国船舶重工集团有限公司第七一〇研究所湖北宜昌 443003 摘要：本文以某湖泊实测的侧扫声纳数据为例，研究侧扫声纳图像的无缝拼接方法，对其中的关键步骤进行详细的阐述。本文先对图像进行校正，通过研究地理编码的拼接方法，提出基于共视地形的图像拼接处理，生成了大区域、无缝拼接的侧扫声纳图像。实验验证了该方法的有效性和可行性，实验结果较理想。

关键词：侧扫声纳系统；无缝拼接；图像校正；地理编码；共视地形

1 引言

高分辨率声纳图像对水底地形构建、水下小目标探测及底质判别都有着重要作用，受尺寸影响，多波束图像分辨率有限，而侧扫声纳就以其高精度、高效率、高分辨率的特点成为获取水下图像的主要设备。为获得水下大范围地形地貌，需要对侧扫声纳图像进行拼接和镶嵌。

原始侧扫声纳瀑布图按时间序列堆叠，没有结合地理信息；由于航行器姿态、风浪、海流等因素影响，侧扫声纳记录位置信息时存在一定误差；声波强度随距离加大产生的扩展损失和吸收损失使图像存在灰度畸变；而受航速和航向变化的影响，图像也存在几何畸变，给图像的无缝拼接带来困难。

2 声纳图像拼接流程

侧扫声纳图像的无缝拼接主要分为以下步骤：①原始数据的读取：提取出原始数据和辅助信息；②斜距改正：利用高度信息消除由于声波波束倾斜造成的数据横移，削弱图像横向畸变；③图像增强：调整机器自动增益后的灰度不均衡；④航速校正：消除由于航行体速度变化引起的图像纵向畸变；⑤地理编码与重采样：将瀑布图映射到具有地理信息的图像中；⑥图像拼接：将多条侧扫条带图像拼接成大比例高精度的图像。

3 研究方法

3.1 侧扫声纳数据读取

本文利用Edgetech公司的侧扫声纳扫测某湖泊，对原始数据进行处理。通过检测文本文件头，得到数据类型和有效数据长度，对文件头后的数据及侧扫声纳回波强度信息进行提取，得到原始数据和辅助信息（包含航行体的位置、姿态、速度和时间等）。

3.2 斜距改正

其中，代表采样点到声呐的平面距离，为可调参数。

图6 速度校正前图7 速度校正后 3.5 地理编码与重采样

侧扫声纳瀑布图是以潜航体航迹为纵轴，扫描线为横轴的时间序列图像，没有结合采样点的地理坐标，我们通过像素地理编码将侧扫图像映射到具有地理信息的图像中，便于后续拼接。

3.5.1航迹处理

经过读取JSF文件发现，扫描线的采样频率比GPS位置信息记录的频率大，此时会出现多个航迹点经纬度相同的情况。为了提高位置信息的精度，我们要对航迹进行内插。由于Gavia自动记录直航段数据，潜航体相对速度稳定，本文采用线性内插的方法，得出每ping真实的航迹点位置信息。

3.5.2坐标计算

图8 声纳扫描模式

如图9，形成经纬度范围可知的图像。

辨率较高，各种地形地貌清晰可辨。