[发明专利]一种基于剖面声纳扫测技术的海底局部地形自主感知方法及装置

权利要求书

1.一种基于剖面声纳扫测技术的海底局部地形自主感知方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：令声纳头与海底保持一距离滚动地对海底进行连续扫测并将扫测数据发送至声纳计算机；

S2：声纳计算机根据接收到的回波数据建立海底声学图像；

S3：对S2中的海底声学图像进行滤波去噪、灰度增强和帧间处理；

S4：对S3中得到的海底声学图像进行图像分割处理得到海底地形的轮廓线；

图像分割的方法包括如下步骤：

S41：对海底声学图像的直方图进行统计，选取统计分布中大于前5％的灰度值作为高阈值，选取统计分布中大于前20％的灰度值作为低阈值；

S42：以海底声学图像的正中心作为搜索起始点，沿着中心的下方进行搜索，寻找大于高阈值的灰度点；找到高阈值的灰度点后，在其周边遍历寻找与之相邻的高于低阈值的灰度点，直到相邻点找不到高于低阈值的灰度点，此时分割结束，将其作为备选目标区域；然后在目标区域的下方，沿着中心的向下垂直线上继续按此方法寻找，依次标记目标区域，直到到达海底声学图像的最底部像素；

S43：计算备选目标区域的最大尺度，将具有第一大尺度的目标区域视作海底地形，区域范围为(x₀,y₀)→(x_N,y_N)，其中，x为潜水器水平方向，y为潜水器垂直方向；

S44：从x₀开始，计算x坐标下的海底地形目标区域在y方向的灰度重心直至x_N；

S45：从x₀→x_N，依次将灰度重心y_i连线得到海底地形的轮廓线；

S5：对S4中得到的轮廓线进行地形识别；

S5中，地形识别方法包括如下步骤：

S51：通过直线变换的水平集方法对S4中得到的轮廓线进行坡度推算；

S52：根据声纳与潜水器空间姿态做二次换算，划分坡度等级。

2.根据权利要求1所述的一种基于剖面声纳扫测技术的海底局部地形自主感知方法，其特征在于：S2中，利用对相邻波束的输出幅度内平均内插四点波束的输出值的方法扩展后生成海底声学图像。

3.根据权利要求1所述的一种基于剖面声纳扫测技术的海底局部地形自主感知方法，其特征在于：S3中，采用中值滤波方法对海底声学图像进行滤波去噪处理。

4.根据权利要求3所述的一种基于剖面声纳扫测技术的海底局部地形自主感知方法，其特征在于：S3中，中值滤波方法包括如下步骤：

S31：将像素(i,j)周围3×3方形窗口的像素值读入数组array[9]；

S32：用冒泡法对数组array[9]进行顺序，array[4]为像素(i,j)周围3×3方形窗口的像素值的中值；

S33：用array[4]代替P(i,j)。

5.根据权利要求1所述的一种基于剖面声纳扫测技术的海底局部地形自主感知方法，其特征在于：S44中，灰度重心的计算公式为：

6.根据权利要求1所述的一种基于剖面声纳扫测技术的海底局部地形自主感知方法，其特征在于：S52中，将坡度值0°～2°视为平原，2°～10°视为缓坡，10°～35°视为陡坡，35°以上视为峭坡，将轮廓线的坡面区域之上的有限局部目标视为障碍物，坡面下有限局部目标视为沟坑。

7.一种多栖型的潜水器，其特征在于：包括：

能够滚动地对海底进行连续扫测的剖面声纳，以及

声纳计算机；

所述声纳计算机包括：

能够根据接收到的回波数据建立海底声学图像的模块，

能够对海底声学图像进行滤波去噪、灰度增强和帧间处理的模块，

能够对完成滤波去噪、灰度增强和帧间处理的海底声学图像进行图像分割处理得到海底地形的轮廓线的模块，以及

能够对轮廓线进行地形识别的模块；

所述剖面声纳安装于所述潜水器的一侧并与其滚动中心线对齐，所述声纳计算机安装于所述潜水器内部；

所述能够对完成滤波去噪、灰度增强和帧间处理的海底声学图像进行图像分割处理得到海底地形的轮廓线的模块包括如下步骤：

S41：对海底声学图像的直方图进行统计，选取统计分布中大于前5％的灰度值作为高阈值，选取统计分布中大于前20％的灰度值作为低阈值；

S42：以海底声学图像的正中心作为搜索起始点，沿着中心的下方进行搜索，寻找大于高阈值的灰度点；找到高阈值的灰度点后，在其周边遍历寻找与之相邻的高于低阈值的灰度点，直到相邻点找不到高于低阈值的灰度点，此时分割结束，将其作为备选目标区域；然后在目标区域的下方，沿着中心的向下垂直线上继续按此方法寻找，依次标记目标区域，直到到达海底声学图像的最底部像素；

S43：计算备选目标区域的最大尺度，将具有第一大尺度的目标区域视作海底地形，区域范围为(x₀,y₀)→(x_N,y_N)，其中，x为潜水器水平方向，y为潜水器垂直方向；

S44：从x₀开始，计算x坐标下的海底地形目标区域在y方向的灰度重心直至x_N；

S45：从x₀→x_N，依次将灰度重心y_i连线得到海底地形的轮廓线；

所述能够对轮廓线进行地形识别的模块包括如下步骤：

S51：通过直线变换的水平集方法对S4中得到的轮廓线进行坡度推算；

S52：根据声纳与潜水器空间姿态做二次换算，划分坡度等级。