[发明专利]一种提取局部海域沉积层的分层结构和空间分布的方法

说明书

本发明提供一种提取局部海域沉积层的分层结构和空间分布的方法，包括：步骤1、数据I＝Δr×Δd作为待处理的浅剖图像；步骤2、利用二维多尺度线条滤波器对待处理的浅剖图像中的线条信息进行多尺度线条滤波，获得最大响应图像M；步骤3、对最大响应图像M在不同方向进行分解，将分解得到的低频子图像进行阈值滤波，将分解得到的水平细节子图像进行阈值增强，利用逆二维小波变换重建回原始图像，获得水平线条对比度的图像；步骤4、对步骤3中的水平线条的区域信息的图像的沉积层的界面结构和背景进行二值化处理，获得水平线条的区域边界；步骤5、水平采样距离变为r₀+Δr，重复步骤1到步骤4；步骤6、绘制出局部海域沉积层空间分层结构图。

技术领域

本发明涉及海洋测量、海底遥感的技术领域，特别涉及一种提取局部海域沉积层的分层结构和空间分布的方法。

背景技术

获取准确的海洋环境信息是海洋资源开发以及国防建设的基础，而局部海域的海底沉积层空间分层结构和空间分布是研究海底地质变迁和声纳设备应用的重要条件。传统的提取海底沉积层分层结构和空间分布的方法是采用柱状原状取样设备，利用机械压力或者重力定点取样，通过实验室对底质进行分析得到沉积层参数信息，进而得到沉积层的分层结构信息。但是，这种提取方法的时间成本和经济成本昂贵，而且相对于广阔的海洋，取样范围极其有限，不能获得广阔海域的沉积层空间分层结构信息。

因而，根据不同沉积物分层界面处的阻抗差异，应用声学遥感的方法可以快速、准确的获得海底地形和沉积层等效的结构信息。但是，利用浅地层剖面仪，即浅剖进行海底探测时，通常会受到海面噪声、海底混响和界面多次反射波的干扰；其中，海面噪声主要包括船舶自噪声和尾流噪声；造成获得的海底沉积层反射回波数据的信噪比较低、干扰严重。这种结构模糊的数据通常需要具有相关专业知识的研究人员对其进行人工的识别和解释，其识别效率低而且由于探测海域广阔，获得的数据量大，只能给出某一测线的沉积层信息，不能实时给出局部海域的分层结构信息，不利于海洋设备自动化的发展。

发明内容

本发明的目的在于，为了解决现有的提取方法存在上述缺陷，提供了一种提取局部海域沉积层的分层结构和空间分布的方法。首先，根据海水深度对浅剖数据进行实时自适应分块图像处理；然后，综合多尺度线条滤波、二维小波分解、自适应阈值增强和滤波以及二维小波重构的多种图像处理方法对浅剖图像进行处理。该方法可以有效去除海面舰船噪声和尾流的干扰，避免海底海面多次反射回波的影响，在海底混响干扰的数据中，同步连续获取局部海域准确的沉积层空间分层界面结构，进而可以自动获得沉积层的分层数目以及各层的位置和厚度，解决了在多系统联合海底测量中，浅剖数据需要人工处理和准确性低的问题。本发明可以及时给出局部海域准确的海底空间分层模型，为实时局部海域的地声参数反演，岸基声纳设备的应用，海底声学遥感提供及时准确的海底分层结构数据，同时局部海域海底沉积层空间分层结构也为水下考古和海底地质变迁提供了分析依据。

为了实现上述目的，本发明提出了针对浅剖数据的一种提取局部海域沉积层的分层结构和空间分布的方法，主要是根据海水深度的不同，去除靠近海面的船舶自噪声和尾流噪声以及海底海面多次反射的干扰；同时自适应的截取待处理图像；对截取的待处理图像进行多尺度线条滤波处理，通过选择合适的空间尺度范围，一般尺度范围取值为2到16，抑制随机高斯噪声，获得对沉积层分层结构的最佳响应；利用二维小波变换将最佳响应图像分解为水平、垂直、对角方向细节子图和低频子图，通过对含有沉积层分层结构信息的水平方向的细节子图像进行阈值增强，和对含有界面厚度信息的低频子图进行阈值滤波，随后将处理后的图像进行重建；则重建后的图像抑制了垂直方向的干扰，增强了较深位置的分层界面；最后在适当的阈值(灰度值100)下，将界面和背景进行二值化处理，可以连续自动提取出沉积层的分层数目以及各层的厚度和位置等结构参数信息。

所述提取局部海域沉积层的分层结构和空间分布的方法具体包括：