[发明专利]一种侧扫声呐图像灰度均衡化方法及系统

说明书

本发明公开了一种侧扫声呐图像灰度均衡化方法及系统。该方法包括：将航迹线数据和侧扫声呐瀑布图进行地理编码，得到侧扫声呐图像；将侧扫声呐图像中每条带地理坐标的侧扫声呐测线图像均划分为多个路径缓冲区；位于同一个路径缓冲区内的像素点处于航迹线的同侧，且与航迹线的距离在预设范围内；提取各路径缓冲区的灰度特征，依据灰度特征对路径缓冲区内的像素点进行灰度均衡化；对所有的均衡化后的带地理坐标的侧扫声呐测线图像进行缝隙插值和图像镶嵌，得到均衡化后的侧扫声呐图像。本发明对地理编码后的侧扫声呐图像进行灰度均衡化处理，能够提高侧扫声呐成图质量，进而提高后续图像判读或自动分类精度。

技术领域

本发明涉及水下地貌测量技术领域，特别是涉及一种侧扫声呐图像灰度均衡化方法及系统。

背景技术

侧扫声呐(Side Scan Sonar，SSS)也称为“旁扫声呐”，是一种实现海底地貌成像的物探调查技术。侧扫声呐通过斜入射方式向海底发射波束扇面，通过记录回波信号的到达时间和强度进行海底成像。

侧扫声呐换能器不断发射声信号并按照时序记录接收的声信号，将每次发射对应的接收信号按照特定的色彩映射规则显示为一行像素，称之为“扫描线”。随着侧扫声呐沿航向运动，将这些像素逐行排列，这样构成的图像称为“瀑布图”。如图1所示，“瀑布图”每一个像素位置与回波到达的时刻相对应，像素灰度(或对应的色彩)与回波信号的强度对应。通常“瀑布图”有4条特征线，分别为零位线、海面线(侧扫声呐的换能器副瓣较小时，不易出现海面线)、海底线和扫描线。

根据侧扫声呐获取的“瀑布图”图像可知，由于声波传播过程中的能量衰减，侧扫声呐图像常出现近场信号较强、远场信号较弱的情况，且这种整体衰减的趋势通常是非线性的。侧扫声呐系统记录的瀑布图一般不包含显式的地理坐标信息，原始信号从零位线由近及远逐渐减弱，因此需要进行预处理才能形成带有地理坐标信息的地貌图像，再进行底质分类等后续应用。侧扫声呐获取的“瀑布图”在形成完整的带有空间坐标信息的图像之前，整个数据处理过程可称为预处理过程。侧扫声呐图像的预处理主要采用计算机、图形工作站等设备完成，一些侧扫声呐厂商提供了专门软件用于数据记录和简单的预处理，一些通用软件如Triton Survey、OIC Clean Sweep、Qinsy、EIVA、Caris HIPS and SIPS、HYPACKHySweep、Fledermaus等也可支持多种型号侧扫声呐的数据预处理。

现有的侧扫声呐图像的预处理过程，主要包括：增益均衡，斜距改正，滤波消噪，航迹、航向和航速信息提取，地理编码，图像插值和图像镶嵌。经过瀑布图处理和地理编码后的单条测线侧扫声呐图像，一般包括航迹线、扫描成像带和图像背景区。扫描成像带一般对称地分布在航迹线左、右两侧，水底信息主要通过该区域的图像灰度变化呈现。当多条扫描成像带经过地理编码、缝隙差值和图像镶嵌后，得到测量区完整的侧扫声呐图像，如图2所示。由图2可知，当单条测线侧扫声呐图像灰度均衡处理结果不佳时，经过图像镶嵌的侧扫声呐图像会呈现明显的拼接痕迹，严重影响成图效果和基于图像的后续应用。因此，为获得信号强度均匀的侧扫声呐图像，便于准确解译图像中显示的水底目标，或实现底质自动分类，需要进行侧扫声呐图像均衡化。

目前，对于侧扫声呐图像灰度均衡化主要在两个层面实现。一为信号层面的增益改正方法实现增益调制，以达到成图后灰度均衡的目的。二为瀑布图层面的灰度直方图归一化方法，利用侧扫声呐瀑布图的统计特征实现灰度均衡化。信号层面的增益改正方法基于声波在水中传播的物理模型，是灰度均衡改正的基础，但成图效果往往难以达到期望；瀑布图层面的灰度直方图归一化方法基于一段连续测量信号的统计特征，这类方法相较于第一种方法在成图效果上有一定的改善，但由于瀑布图各像素不直接包含空间坐标信息，仅适用于局部图像的灰度修正，其侧扫声呐成图质量还是有待提升。

发明内容

基于此，有必要提供一种侧扫声呐图像灰度均衡化方法及系统，以提高侧扫声呐成图质量，进而提高后续图像判读或自动分类精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：