[发明专利]一种便携式三维成像声纳及其成像方法、系统

说明书

技术领域

本发明属于声纳成像领域，尤其涉及一种便携式三维成像声纳及其成像方法、系统。

背景技术

三维成像声纳是一种能够在目标物与声纳相对运动的情况下，将声纳扫描得到的数据以图像形式展现的设备，其原理是：水下不同密度、不同声速的物体，对入射声波具有不同程度的反射、透射、散射等物理效应，通过分析、提取和显示物体被声波作用后的强度、位置信息，就可以得到水下物体的三维声纳图像。

一般地，三维成像声纳可包括信号处理机和主控机两部分。信号处理机用于完成三维声纳数据的采集、处理及上传；主控机用于提供可视化界面，完成三维图像显示。其中，主控机采用的三维图像显示算法分为面绘制和体绘制。

面绘制的原理是：首先由体数据构造出中间几何图元，然后运用分类操作将三维声纳数据场中感兴趣的部分提取出来并以面的方式表达显示，常用的是等值面。由于面绘制方法只关注于分界面，忽略了组织内部丰富的细节，无法形成对图像的整体理解。在实际应用中，为了准确成像需要调整等值面的取值范围。另外，面绘制方法在面的构造过程中经常丢失大量的细节，使得生成的图像过于光滑，保真性较差。

体绘制的原理是：不需要构造中间几何图元，把体看作是体素的集合，先给三维声纳数据场中的每一体元赋予一定的色彩和透明度，再根据光线穿越半透明物质时能量集聚的光学原理，进行色彩合成的成像操作，因而保留了丰富的细节，相对于面绘制，保真性大为提高。

现有技术中，体绘制采用光线投影法是从预先设定的图像空间的每一像素出发，按视线方向发射一条射线，该射线穿过三维声纳数据场，沿射线方向选取采样点，之后通过三次线性插值，得到每一采样点的回波强度值和不透明度值，从而合成最终图像。由于该种体绘制方法是将物体空间直接投影到预先设定的图像空间，若视线方向发生变化，需要重新进行采样，使得运算量较大，运算速率较慢，实时性差。而对于便携式三维成像声纳，由于便携式的特点，要求系统集成度高、物理尺寸小，需要计算量小、实时性好的体绘制算法。。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种便携式三维成像声纳的成像方法，旨在解决现有三维成像声纳的体绘制采用光线投影法，该方法运算量大，造成系统造价高、体积大且实时性差而不适用于便携式三维成像声纳的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种便携式三维成像声纳的成像方法，所述方法包括以下步骤：

接收信号处理机上传的三维离散声纳数据场的三维离散声纳数据；

采用透视投影的方法，对所述三维离散声纳数据进行错切变换，合成中间图像；

对所述中间图像进行二维图像变换，得到所述三维离散声纳数据在预先设定的图像空间的三维结果图像。

本发明实施例的另一目的在于提供一种便携式三维成像声纳的成像系统，所述系统包括：

数据接收模块，用于接收信号处理机上传的三维离散声纳数据场的三维离散声纳数据；

第一图像处理模块，用于采用透视投影的方法，对所述三维离散声纳数据进行错切变换，合成中间图像；

第二图像处理模块，用于对所述中间图像进行二维图像变换，得到所述三维离散声纳数据在预先设定的图像空间的三维结果图像。

本发明实施例的另一目的在于提供一种便携式三维成像声纳，包括信号处理机和主控机，所述主控机包括如上所述的便携式三维成像声纳的成像系统。

本发明实施例提出的便携式三维成像声纳的成像方法和系统是将错切-变形技术应用于便携式三维成像声纳的体绘制过程中，首先通过错切变换将物体空间投射到错切空间，合成中间图像，该中间图像的观测方向与Z轴方向平行，再将中间图像变形到预定的图像空间，得到最终的三维结果图像。由于借助了与z轴垂直的中间图像，从而将三维空间的重采样过程转换为二维平面的采样过程，若原始的视线方向发生变化，中间坐标系可不发生变化。该方法和系统极大的减少了运算量，降低了系统对硬件性能的要求，并可提高显示的实时性，特别适合应用在便携式三维成像声纳中。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的便携式三维成像声纳的成像方法的流程图；

图2是“T”型基阵的发射波束与接收波束的叠加示意图；

图3是“T”型基阵的接收波束在空间坐标系中的示意图；

图4是本发明第一实施例中，对三维离散声纳数据场进行错切变换步骤的详细流程图；

图5是本发明第一实施例中，利用光线投影法对三维离散声纳数据场中的三维声纳数据进行图像合成的步骤的详细流程图；