[发明专利]基于海底冷泉成像数据的扇形变换方法

说明书

本发明所述基于海底冷泉成像数据的扇形变换方法，对FFT傅利叶变换获得的波束形成数据进行极坐标系到直角坐标系的转换，以期提高回波声学图像的清晰度，符合观察者的视觉习惯。通过发射换能器向水下发送声波进行探测，利用数字信号处理技术将接收到的信号形成声纳图像；对信号数据进行FFT波束形成计算后，以直角坐标系的顺序来存储。扇形变换方法，是将图像数据进行极坐标系到直角坐标系的转换，坐标变换采用对图像声呐数据进行插值运算，将直角坐标系下的像素点值映射成极坐标系下的图像数据，然后在极坐标系中对图像进行插值运算；对于像素点(m×n)的图像，进行m×n次运算；针对极坐标系下的像素点值可采用插值算法是最近邻域插值法。

技术领域

本发明涉及一种基于海底冷泉成像数据的扇形变换方法，属于海洋观测技术领域。

背景技术

海底冷泉即海底天然气渗漏，在全球是一个广泛分布的自然现象。在地壳动力 作用下，天然气(主要为热成因气)从地壳内部往上运移，通过孔隙、裂缝、裂隙 或断层等运移通道穿过海底沉积层泄漏进入海水，形成海底气泡羽状流。羽状流发 育地区常发现富含天然气水合物的海底沉积层。

针对海底冷泉活动进行实地测量当前海洋科学的技术热点，对冷泉活动的研究提升了人们对深海资源的认识和利用。海底冷泉之广泛发育于活动和被动大陆边缘 斜坡海底，海底沉积界面之下，以水、碳氢化合物(天然气和石油)、硫化氢、细 粒沉积物为主要成分，温度与海水相近的流体，以喷涌和渗漏方式注入盆地，并产 生一系列的物理、化学及生物作用，这种作用及产物称为冷泉。冷泉区别于热液喷 口的地方是，喷泉喷射出的液体和周围海水温度大体一致，而海底热液喷出的液体 则高于周围海水温度。

海底冷泉上方的天然气水合物富含大量的甲烷，一旦溢出对环境造成严重的破坏。因此，对海底热液冷泉的研究十分重要，但是海底热液冷泉一般发生在深海几 千米处，需要特殊的仪器进行观测。目前主流的观测手段都是进行海底原位观测， 在调查区投放高清摄像机机器人的方法。

如以下在先申请专利，申请号CN201510303201.3，名称为一种海底冷泉水体回 声反射探测系统和方法，其公开的探测系统声反射探测系统包括含有多个换能器组 成的换能器基阵，电缆，收发合置开关，发射机，接收机，信号处理机，回声处理 服务器和供电模块。所述的换能器基阵放置于水下，所述的发射机和所述的接收机 分别连接所述的信号处理机，所述的信号处理机连接所述的回声处理服务器，所述 的供电模块为整个系统提供电源。所实现的海底冷泉水体回声反射探测的方法，包 括如下步骤：1)回声处理服务器接收探测操作或指令，信号处理机生成宽带多频点的 发射信号，换能器基阵将该发射信号由电信号转换为声信号发射出去；2)换能器基阵 接收该声信号的声学回波信号，并将其转换成微弱的电信号；3)信号处理机对该电信 号进行信号处理；4)回声处理服务器接收电信号并将其转换为逸出气泡的图像，随后 在显示设备上显示，再根据图像特性来判别是否为冷泉。

上述现有技术虽然公开了基于水体回声反射的海底冷泉探测方案，其本质上尚处于理论研究与实验论证阶段，对于在实际复杂海况条件下的探测系统构建、探测 声呐发射频率设计与应用方面并无实际操作指导，关键技术并未公开。

更为重要的是，涉及冷泉测量声学图像的核心技术应当是阵列信号处理方法， 声纳图像通过发射换能器向水下发送声波进行探测，利用数字信号处理技术将接收 换能器接收的信号进行处理并将其显示在计算机屏幕上。图像声呐系统对信号进行 FFT波束形成后，通常以极坐标系作为图像的参考基准，在图像声呐系统的成像显 示过程中，显示图像明显不符合观察者的视觉习惯，需要对图像数据进行坐标系转 换。上述现有技术并未具体涉及到，从而为目前海底冷泉测量提出了一系列急需解 决的技术难点。

有鉴于此特提出本专利申请。

发明内容