[发明专利]一种前视声纳波束域图像拼接方法

权利要求书

1.一种前视声纳波束域图像拼接方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：采集前视声纳图像数据并以二维图像形式存储在波束域下，图像横轴代表声纳波束数N，纵轴代表每条波束的采样点数M；

步骤2：根据前视声纳参数，包括波束数N，每个波束采样点数M和单位水平开角θ₀，构建表达域映射星座图，形成采样点在波束域的坐标与在图像域的坐标的对应关系；

步骤3：根据表达域映射星座图，拆分声纳实际运动模式，分别构建声纳在旋转运动、位移运动两种运动模式下的表达域映射模型，所述模型分别反映声纳在所述两种运动模式下波束域数据中每个采样点随声纳运动的形变情况；

步骤4：采用实测临近帧声纳图像，以其中前一帧待拼接图像为基准，将声纳实际运动情况按旋转运动、位移运动进行分解，对后一帧待拼接图像参照步骤3中旋转运动、位移运动两种运动模式下的表达域映射模型进行图像形变运算，实现两幅待拼接图像中目标的重合；

步骤5：对目标已重合的两幅波束域待拼接图像，采用Laplace金字塔分层融合策略进行图像的融合；

步骤6：采用实测前视声纳序列图像，按照步骤3-5分别进行连续多帧数据的波束域拼接运算，并通过插值展开到图像域中显示。

2.根据权利要求1所述的一种前视声纳波束域图像拼接方法，其特征在于：步骤2所述根据前视声纳参数构建表达域映射星座图，形成波束域数据点与图像域数据点的一一对应关系包括：

在表达域映射星座图中，假设波束域中采样点坐标为(n,m)，n＝[1,2,···,N]，m＝[1,2,···,M]，波束域中采样点在图像域中的位置满足：

其中，x，y为波束域中采样点在图像域中的位置坐标，θ为波束域中采样点在图像域中相对于波束组成的扇形区域中心轴线的波束角，θ₀为前视声纳单位水平开角，R为波束域中采样点对应的波束探测距离，则R＝r₀+r_m，其中r_m＝m，r₀为声纳最小分辨距离。

图像域中采样点在波束域中的位置满足：

3.根据权利要求1所述的一种前视声纳波束域图像拼接方法，其特征在于：步骤3所述构建声纳在旋转运动、位移运动两种运动模式下的表达域映射模型具体为：

旋转运动模式下的表达域映射模型具体为：

n_beam＝angle_in×N/angle_Sector

其中，n_beam为波束域中水平位移像素数，angle_in为图像的角度旋转量，angle_Sector为声纳扇形总开角(N-1)×θ₀；

位移运动模式下的表达域映射模型具体为：

其中，x₁＝R₁·sinθ₁，y₁＝R₁·cosθ₁表示声纳运动前图像域采样点的坐标位置，x₂,y₂为声纳运动后图像域采样点的坐标位置，Δx，Δy为声纳在垂直方向和水平方向运动的位移变量；

令中，Δx＝0，则得到垂直方向运动模式的表达域映射模型；令Δy＝0，则得到水平方向运动模式的表达域映射模型。

4.根据权利要求1所述的一种前视声纳波束域图像拼接方法，其特征在于：步骤4所述对后一帧待拼接图像参照步骤3中旋转运动、位移运动两种运动模式下的表达域映射模型进行图像形变运算包括：

当声纳进行旋转运动时，后一帧待拼接图像中目标在波束域中存在水平位移，在垂直方向上没有畸变，水平位移量为：

n_beam＝angle_in×N/angle_Sector

其中，n_beam为波束域中水平位移像素数，angle_in为后一帧图像的角度旋转量，angle_Sector为声纳扇形总开角(N-1)×θ₀；将后一帧待拼接图像移动n_beam，使移动后的后一帧待拼接图像中的目标与前一帧待拼接图像目标重合；

当声纳进行位移运动时，后一帧待拼接图像存在[Δx,Δy]的位移量，以前一帧图像为基准，则波束域中每个点在后一帧图像中移动[Δx,Δy]后在图像域中的位置满足：

其中，x₁＝R₁·sinθ₁，y₁＝R₁·cosθ₁表示声纳运动前图像域采样点的坐标位置，x₂,y₂为声纳运动后图像域采样点的坐标位置，Δx，Δy为声纳在垂直方向和水平方向运动的位移变量；

之后将x₂,y₂带入得到采样点位移后在波束域中的位置；通过上述移位运算，使两幅图像域图像的声学原点对齐，相应的波束域图像的声学原点对齐，波束域中后一帧待拼接图像中的目标形变得到调整，使得两幅波束域图像中的目标重合。