[发明专利]一种多波束前视声纳目标检测方法

说明书

本发明公开了一种多波束前视声纳目标检测方法。使用本发明能够有效检测出目标。本发明首先采用基于3×3窗口的中值滤波较好地去除图像中的散射噪声，提高声纳图像质量；然后进行固定阈值分割，将目标和背景分割开来，然后采用3×3的矩形窗口核做1次腐蚀运算形态学运算的腐蚀运算能较好的去除面积较小的伪目标，即进一步降低噪声，减轻识别处理的处理压力和复杂度；最后采用面积比率和长短轴数据比率进一步去除伪目标，提高了检测正确率。

技术领域

本发明涉及数字图像处理技术领域，具体涉及一种多波束前视声纳目标检测方法。

背景技术

随着科学技术的发展和对自主式水下机器人的深入研究，声纳技术得到了突飞猛进的发展。对于成像声纳的关注和研究也快速成熟，已经有了接近光学图像质量的声全息成像试验系统、声速镜成像系统等，尽管这些成像系统得到的声图像质量较好，但是不适用于现实环境。实际应用中的水下开放式环境对于传感器的要求较高，需要准确地感知周围环境的真实信息。主动声纳(Active sonar)是自主式水下机器人使用最广泛的探测设备，多波束前视声纳是其中一种。

虽然多波束前视声纳图像与光学图像一样，在本质上都是能量的平面或空间分布图，但是因为水声信道具有复杂和多变的特性，以及声波本身具有的投射和散射特性，使得其图像与光学图像有很大的不同。水下环境的多波束前视声纳图像主要有以下特点：(1)分辨率低：声纳探测装置发射的探测声波的波长一般较长，并且探测步进角度较大，相邻波束间不是连续变化的，有一定的间隔，造成声纳图像的分辨率较低。(2)噪声干扰严重：水声信道和海洋环境复杂多变，声波在传播过程中存在衰减、混响、散射的干扰。另外海洋环境中的其他声响也是声纳图像噪声的主要来源，目标往往被淹没在这些干扰中，难以检测。(3)多径现象：多径现象是声波在传播过程中的途径传播造成的，使得一个目标有多个返回值，从而在图像中产生重影现象，难以确定目标的真实位置。(4)旁瓣：声纳波束在形成时，除了在较窄的主瓣上形成极大值以外，其旁瓣会在较宽的范围内接受信号，因此，当某一回波较强时，其附近波束的同一距离上会形成一条回波亮线，即旁瓣干扰。(5)多普勒效应：当目标运动或者机器人运动时，发射和接收的声波会产生一定的偏移，同一目标在不同时刻的声纳图像上会得到不同的外形轮廓，因而造成目标的变形和失真。

多波束前视声纳是对水中目标进行检测的重要设备，比如，如何利用多波束前视声纳图像对水雷进行检测和识别是一项极具挑战的工作，其中，检测算法是核心。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种多波束前视声纳目标检测方法，能够有效检测出水下目标。

本发明的多波束前视声纳目标检测方法，包括如下步骤：

步骤1，采用基于3×3窗口的中值滤波方法对多波束前视声纳原始图像进行低通滤波，得到声纳图像X2；

步骤2，对步骤1获得的声纳图像X2进行固定阈值分割，生成以0、1表示的二值黑白图像X3；

步骤3，采用形态学运算的腐蚀运算方法，去除图像X3中面积明显小于目标面积的伪目标，获得包含疑是目标的声纳图像X4；

步骤4，针对声纳图像X4中的所有疑是目标，采用Freeman chain链逼近算法计算出疑是目标的轮廓；根据轮廓计算疑是目标的面积objectArea[i]；对疑是目标的轮廓进行最小均方椭圆拟合，获得拟合椭圆的长轴wid[i]、短轴hei[i]、中心坐标center[i]，i表示第i个疑是目标；

步骤5，针对声纳图像X4中的每一个疑是目标，判断其是否满足如下条件：

(1)areaRate[i]＝objectArea[i]/(wid[i]×hei[i])，areaRate[i]大于或等于设定的阈值B；

(2)newRate[i]＝wid[i]/hei[i]，newRate[i]大于或等于设定的阈值C；