[发明专利]一种新图像算子的声纳目标增强方法

说明书

本发明公开了一种新图像算子的声纳目标增强方法，解决了被动声纳方位历程图目标轨迹增强问题。本发明提出一种新图像检测算子，通过新算子对波束形成后的多帧数据进行检测处理，实现削弱背景噪声、抑制横向线、提取目标轨迹边缘；对检测后的行数据自适应分段均衡处理，增加了局部数据对比度，加大了目标与背景的对比度，获得较大处理增益，明显增强目标，方位历程图清晰。本发明不需要设置任何参数，宽容性好、计算量小，编程实现简单等特点，可用于动态历程图、静态二维图像的处理，使用范围广。

技术领域

本发明属于声纳信号与信息处理领域，主要是一种新图像算子的声纳目标增强方法。

背景技术

被动声纳不发射声波，它利用目标舰艇发出的噪声和目标舰上安装的主动式声纳发射的信号来探测目标，通常采用时间方位历程图对目标轨迹进行检测和跟踪，由于受海洋环境噪声及其他干扰的影响，从而使得目标轨迹显示不明显甚至完全显示不出来，影响目标的正确检测和跟踪。

目前，一般从时间或空间角度来处理。从空间方面，主要是众多的波束形成及背景均衡方法。由于水声信道的空时非平稳性、多途和混响信号复杂，在阵阵形和阵列孔径一定的情况下，常规波束形成在低信噪比下难以区分信号和噪声子空间,空间谱易出现虚假的峰值,实际海上应用的可靠性较差。MVDR算法通过对阵列指向方向施加输出信号无失真约束,可获得较高的分辨率和噪声干扰抑制性能，但需要进行对角加载,通常对角加载量的确定没有好的方法,加载量太大会降低阵增益等。这些算法及其改进方法有的性能不理想，有的约束条件高。背景均衡及改进算法中有些算法虽然能改进方位历程图的总体视觉性能，可去除大范围起伏，但需要通过人工设置参数，一旦参数设置不合适，将会大大影响算法处理效果，增大了算法在实际应用难度，对目标起不到增强的效果。从时间方面，常用的是在算法处理过程中加大信号积累时间长度再进行处理，但是除了增加计算量外，在低信噪比下积累过程中，噪声的积累增益也是不容忽视的。

发明内容

为了提高方位历程图中目标(特别是弱目标)的检测能力，本发明提出一种新图像检测算子的声纳目标增强处理方法。该方法对波束形成后的多帧数据利用新图像检测算子进行动态滑动边缘检测，并对检测后的行数据自适应均衡处理，能获得较大处理增益，经处理后的方位历程图清晰度明显提高、弱目标增强显著、效果好，提高了检测能力，且不影响后续的目标跟踪处理精度。该方法具备不需要设置任何参数，宽容性好、计算量小，编程实现简单等特点。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。

(1)充分考虑方位历程图中的目标轨迹与背景灰度变化为屋顶状变化曲线(与波束形成曲线相似)特点，利用图像边缘检测的思想提出新的图像检测算子，动态处理多帧波束输出数据，实现削弱背景噪声、抑制横向线、提取目标轨迹边缘。新算子是在当前点对左右均进行一阶差分检测，有效削弱了其横向边缘检测能力，保持目标轨迹宽度，能检测更多的细节信息。设当前像素值为(x,y)，5点一维差分为形式为：f(x,y)＝|f(x-2,y)-f(x-1,y)+f(x,y)+f(x+1,y)-f(x+2,y)|；扩展为5×5二维算子形式为：

f(x,y)＝f(x,y)+f(x-1,y)+f(x-2,y)+f(x-3,y)+f(x-4,y)+f(x,y-1)-f(x,y-2)

+f(x-1,y-1)-f(x-1,y-2)+f(x-2,y-1)-f(x-2,y-2)+f(x-3,i-1)-f(x-3,y-2)

+f(x-4,y-1)-f(x-4,y-2)+f(x,y+1)-f(x,y+2)+f(x-1,i+1)-f(x-1,y+2)

+f(x-2,y+1)-f(x-2,y+2)+f(x-3,y+1)-f(x-3,y+2)+f(x-4,i+1)-f(x-4,y+2)

实现上述技术设计步骤：

第一步，积累五帧波束输出能量谱；