[发明专利]一种多波束侧扫声纳图像镶嵌缝隙消除方法

说明书

技术领域

本发明属于声学图像拼接领域，具体涉及一种基于GPS坐标及航向角修正的多波束侧扫声纳图像镶嵌缝隙消除方法。

背景技术

随着陆地的资源日益减少，人类对于自然的开发自然转向了广阔的海洋空间，海洋资源的探索，海洋国土的划界，专属经济区的研究，最终都需要以各种形式的海洋地图为依据准则。当前海洋测绘技术主要依赖于声纳探测手段，但是由于声纳GPS定位不准及异常跳变等不稳定因素存在，导致了侧扫声纳图像镶嵌后不可避免地存在裂缝，因此无法获得精确的海底地形图像。

声纳图像镶嵌缝隙修补，就是读取原始声纳数据中的GPS坐标及航向角信息，进行相应的处理，消除声纳GPS定位与采集不同步和航速变化对于声纳扫描纪录的影响以及声纳由于拖绳柔性延迟而产生的航向角突变的影响，最终得到无缝隙的海底声纳镶嵌图像。目前市场上的相关产品均为国外的公司开发，价格昂贵，核心技术不公开，国内尚无相关产品，且现有的声纳镶嵌图像缝隙消除方法仅应用插值填补缝隙中的像素，不但没有充分利用声纳中的数据，且计算量大，显示效果不佳，因此，对基于GPS坐标及航向角修正的多波束侧扫声纳图像镶嵌缝隙消除方法具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于GPS坐标及航向角修正的精度更高，融合效果更好的多波束侧扫声纳图像镶嵌缝隙消除方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明包括如下步骤：

（1）读取多波束侧扫声纳文件中各通道的灰度信息，显示声纳图像；

（2）依次读取GPS经纬度坐标信息，船速信息和航向角信息，绘制原始航迹线；

（3）航迹点为Tracepoint[k]到Tracepoint[k+n]时，GPS坐标由于定位与采集不同步并未发生变化，在Tracepoint[k+2]时速度由V1变到V2，建立模型：

其中，Tracepoint为存储航迹点信息的数组，k为换能器发射声波Ping数，n为整数，m=k+2，分别为速度变化前后的位移，Tracepoint[m-1]～Tracepoint[m+1]就是重建后的航迹点；

（4）记录拖鱼的航向角heading[x]、船的航向角shipheading[x],记Δangle[x]为两者的角度差，即

Δangle[x]=shipheading[x]-heading[x]；

（5）计算每10Ping的Δangle[x]均值，记为averageangle，相邻两Ping间的拖鱼和船的航向角差值记为Δ1和Δ2：

Δ1=heading[x]-heading[x-1]

Δ2=shipheading[x]-shipheading[x-1]；

（6）建立修正模型：

其中，α为修正参数；

（7）根据修正后的航迹及航向角信息镶嵌图像，得到无缝隙的地形影像。

本发明的有益效果在于：针对多波束侧扫声纳系统GPS及航向角数据采集特点，对速度信息变化与GPS信息之间的关系进行准确的位置修正；根据拖鱼本身的航向角与船体航向角间的关系，对航向角信息进行修正。从而得到更为精准的位置信息，降低了多波束侧扫声纳图像镶嵌时产生的缝隙，提高了融合效果。

附图说明

图1是本发明方法的基本流程图；

图2是没有进行缝隙填补的镶嵌图像；

图3是镶嵌后利用像素插值填补缝隙的图像；

图4是利用本发明方法进行处理后的镶嵌图像。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

本发明的特点是：

①步骤（3）中对GPS位置信息进行矫正时，以速度信息为依据，当GPS发生变化时，其位置分布不是等距排列的，而是加入速度因素，位置信息更接近实际状态，显示更为准确。

②当多波束侧扫声纳系统进行数据采集时，系统会记录两个航向角信息，分别来自拖鱼和船体，本发明利用此特点，进行航向角矫正。实际采集数据来自于拖鱼，故应选取拖鱼航向角作为处理依据，然而当船进行转弯时，由于流体滞留作用，其拖鱼角度变化跳跃性较大，来自船的航向角变化相对稳定，所以根据步骤（4）、（5）、（6）中航向角修正模型，结合拖鱼和船体航向角信息对航向角信息进行修正，使得到的航向角信息更准确，更符合海底数据特点。