[发明专利]一种基于线特征简化的侧扫声呐线特征匹配改进方法

权利要求书

1.一种基于线特征简化的侧扫声呐线特征匹配改进方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：侧扫声呐图像线特征简化处理；

步骤1.1：选中其中一条直线，求出该直线的角度，设为θ，再从Hough变换得到的余下直线中选择和上述直线倾斜角度相近的直线，此处设置的阈值为π/10，即选择所有满足斜率为[θ-π/10，θ+π/10]的直线，将其组合成作为一个直线集，若不存在这样的直线，则存储该直线作为直线特征，从总直线集中删除，使得该直线不参与后续操作中，重复步骤1.1，若存在这样的直线，则转到步骤1.2；

步骤1.2：选定原直线段的两端点和直线段中间点，存储其位置坐标；在步骤1.1所形成的直线集中依次选取直线，也存储其直线段两端点坐标和中间坐标，得到两直线段六个点的坐标；

步骤1.3：构建六个点之间的距离，这里的距离只指不在同一直线段上的点之间的距离，得到九个距离值d1，d2，d3，d4，d5，d6，d7，d8，d9，接着对这九个距离值进行判定，当其中之一的距离小于设定阈值时，则判定该选取的直线段为待选直线，接着按照同样的思想将步骤1.1中得到的剩余线段进行求取，这样遍历完步骤1.1中得到的直线段后，得到一个待选的直线段集，该直线集中存储了斜率相似而且直线段距离相近的直线段，如果数量大于1，则进行下一步；否则，则将初始选中的直线段作为直线特征，并将该直线屏蔽，保证该直线段不会参与到后面的处理中，其选择约束条件为：

式中(x₁，y₁)，(x₂，y₂)是初始选出的线特征端点坐标，(x₃，y₃)是中点坐标，而(X₁，Y₁)和(X₂，Y₂)是余下待处理线特征的端点坐标，(X₃，Y₃)是余下待处理线特征的中点坐标，d_j为方法中提到的九个距离值；

步骤1.4：计算初始线段的长度，并从得到的直线段集中依次选取直线段并计算长度值和初始线段长度比较，从中选择出最长的直线段，该直线段即为本区域的特征直线，将其保存；转到步骤1.1，重复进行，直到声纳图像的所有特征直线都参与到计算；

步骤1.5：将保存的直线呈现在声呐图像中，便是最终检测到的直线特征；

步骤2：侧扫声呐图像线特征匹配处理；

这里设p₁为待匹配图像，而p₂为匹配图像，将两图直线特征提取结果分别保存；

首先要求出待匹配的两侧扫声呐图像之间对应的射影变换矩阵，射影变换矩阵根据点与点之间的匹配关系求取，求得射影变换矩阵之后，便建立起了两图像间点与点之间的对应联系，通过这个条件设计线特征之间的匹配约束条件，基本步骤为：

首先假设射影变换之后的每条直线都能精确定位或者仅发生轻微整体平移，则要在p₂中找到p₁中l₁的映射直线l′₁，并划定匹配区域，假设直线映射没有发生角度变化，所以以l′₁为中线，左右方向平移同样距离为匹配区域，在方形区域中寻找与l′₁具有相同角度的直线特征，距离最近的为匹配直线，其条件约束为：

式中(x_i，y_i)是l′₁的两端点坐标，(X_i，Y_i)是p₂的线特征集中的线特征端点坐标，M为线特征中点坐标，(M.x，M.y)和(M.X，M.Y)分别为l′₁的中点坐标以及p₂的线特征集中的线特征中点坐标，中间公式为p₂中检测到的线特征端点到线特征l′₁的距离公式，A、B、C为l′₁的直线方程系数，R₁，R₂分别为l′₁的半径以及p₂中与之匹配线特征的半径；

由于并非所有直线特征经过映射之后对应的线特征能够精确定位，也会造成角度变化等一些变动，因此通过限定变化的阈值来寻找图像之间的匹配线特征：p₁中的直线特征l₁映射在p₂中为l′₁，若在划定的区域中没有满足条件的匹配线特征时，需要考虑到角度、距离以及位置变化等；

角度、距离限定：直线l₁映射为l′₁，相匹配直线特征即使不严格和l′₁对应，但是角度和距离并不会相差太大，因此设定一个相对较小的角度阈值T，将所有直线角度值与l′₁的角度差值θ限定于T之内，得到p₂中直线特征l_i端点和映射直线l′₂的距离，为{dis1，dis2}，为保证匹配直线之间的位置关系，则距离不能相差太大，因此设定距离阈值，要求2个距离值中最大值dis max＝max{dis1，dis2}要限定在距离阈值之内，不满足条件者判定为非匹配直线特征；

位置限定：先求出映射直线特征l′₁的中点坐标(M.x，M.y)及l′₁的半径lr，求出p₂中直线特征两端点到(M.x，M.y)的距离r1和r2，r＝min{r1，r2}，若r≤lr，则满足直线特征匹配在距离方面的要求，这样，通过上述条件的筛选找到准确的匹配直线特征，角度发生变化的情况下条件约束为：

式中(x_i，y_i)是l′₁的两端点坐标，(X_i，Y_i)是p₂的线特征集中的线特征端点坐标，(M.x，M.y)为l′₁的中点坐标，中间公式为p₂中检测到的线特征端点到线特征l′₁的距离，A、B、C为l′₁的直线方程系数，lr为线特征l′₁的半径。