[发明专利]基于航向角旋转的多波束侧扫声纳图像实时拼接方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种图像拼接方法，具体地说是一种多波束水声图像实时拼接的新方法。

背景技术

广袤的海洋空间对于人类的生存和发展具有重要意义，随着人类对海洋的开发和利用，对海地地形地貌进行探测，绘制海底地形图，借以掌握详尽的海洋地理信息显得至关重要。当前海洋探测中，主要以声学探测系统为主要手段。但是船体在拖拽侧扫声纳探测过程中，不可避免地会受到各种因素的影响，由于声纳斜距成像的特点，GPS定位不准及异常跳变等不稳定因素存在，导致了侧扫声纳图像无法真实的显示海底地貌，从而无法获得精确的海底地形图像。

声纳图像拼接的目的，就是读取原始声纳数据中的信息，进行相应的处理，消除斜距的影响，并根据GPS数据将声纳文件中记录的信息还原成真实的海底地貌。当前，国外一些著名的声纳设备制造商都研发了相应的声纳成像软件，但价格昂贵，且其分析技术为商业机密无法公开，对于当前广泛使用的多波束侧扫声纳数据的拼图研究更是罕见，而现有的单波束声纳图像处理方法，逐一计算每个回波点坐标，将其应用于多波束声纳图像处理，积累误差大，计算时间长，无法进行精准的实时拼接，因此，对多波束侧扫声纳图像的实时拼接方法的研究具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种精确度高、显示效果好、计算量低的基于航向角旋转的多波束侧扫声纳图像实时拼接方法。

本发明的目的是这样实现的：

（1）采集多波束侧扫声纳所有通道中的原始数据，并设定拼接图像初始位置；

（2）移除因为第一个回波点返回之前换能器接收水下噪声产生的水柱区；

（3）将移除水柱区后的原始数据中的第一ping的N个通道数据写入画布，并记录当前的ping数和当前航向角；

（4）读取下一ping N个通道的数据和对应的GPS及航向角信息，计算前后两ping数据航向角的差值，若航向角无变化，则按GPS信息顺次拼接，若航向角有变化，将数据进行旋转后拼接，旋转角度为航向角差值；

（5）修补拼接后图像中出现的缝隙。

本发明的方法可以进一步说明为：

（1）读取声纳文件中左右两侧N个通道的原始数据，并设定拼接图像的初始位置；

（2）移除原始数据中因为第一个回波点返回之前换能器接收水下噪声产生的水柱区；

（3）以拖鱼接收到的GPS坐标为中心，将移除水柱区后的原始数据中的第一ping的N个通道数据写入画布，并记录当前的ping数x和当前航向角α_x；

（4）记录[x+1]ping的N个通道数据，读取其航向角值α_[x+1]，计算前后两ping数据航向角差值Δα，若Δα＝0，则以当前GPS坐标为中心顺次拼接，若Δα≠0，则以当前GPS坐标为中心进行旋转后拼接，其旋转矩阵为：

C′=cosΔα-sinΔαsinΔαcosΔα;]]>

（5）前后两ping数据拼接后，计算两个GPS中心点之间的距离，设两GPS中心分别为trace[x]、trace[x+1]，则距离当航向角无变化时，设Δd＝d-w，其中w为一ping数据宽度，若Δd≠0，则两ping数据间存在无效像素即缝隙，取阈值ε，若Δd＜ε，则缝隙较小，采用最邻近插值，若Δd＞ε，或航向角有变化时，则缝隙较大或存在三角形缝隙，采用双线性插值，填补缝隙中的无效像素。