[发明专利]一种水下声呐系统点云数据降噪方法

说明书

本发明公开了一种水下声呐系统点云数据降噪方法，包括以下步骤：(1)基于水声信号反射原理，去除点云数据中没有连通区域的离散数据点；(2)针对点云数据进行旁瓣效应抑制；(3)基于连续多帧点云数据的相关性对噪声进行去除；(4)对点云数据进行动态归一化以处理去除噪声数据和背景数据；(5)针对三维数据结构的点云数据，根据三维点云数据的实际物理含义，将物理上没有意义的点云数据去除。分别对不同噪声采用不同的降噪策略以实现对点数数据进行全面的降噪，提升降噪效果。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，具体涉及一种水下声呐系统点云数据降噪方法。

背景技术

水下声呐成像是基于声呐点云数据的，因此点云数据的处理好坏直接决定水下声呐成像以及后续一系列声呐数据处理过程，包括从点云数据中提取有用的目标信息，检测水中物体等。由于水中超声信号在原理上会产生特定的水声效应，包括旁瓣效应、混响效应等，并且在信号采集、信号传输过程中也会产生一定的噪声信号，从根源上无法彻底解决数据噪声的问题。噪声的干扰会对目标检测、识别、跟踪等算法带来一定的困难，在数据预处理模块就要对点云数据进行一定的降噪处理能够极大的方便后续流程。

申请公布号为CN105785349A的专利申请公开了一种相控阵三维声学摄像声呐的噪声去除方法，该噪声去除方法对噪声进行统一去除，没有进行分类去噪，会造成去噪效果欠佳。

申请公布号为CN109035224A的专利申请公开了一种基于多波束点云的海底管道检测与三维重建方法，在该种海底管道检测与三维重建方法中，采用基于密度分析的点云去噪滤波方法对管道的点云数据进行去噪，该单一的去噪方法的去噪效果也欠佳。

发明内容

本发明的目的是提供一种水下声呐系统点云数据降噪方法，分别对不同噪声采用不同的降噪策略以实现对点数数据进行全面的降噪，提升降噪效果。

为实现上述发明的目，本发明提供以下技术方案：

一种水下声呐系统点云数据降噪方法，包括以下步骤：

(1)基于水声信号反射原理，去除点云数据中没有连通区域的离散数据点；

(2)针对点云数据进行旁瓣效应抑制；

(3)基于连续多帧点云数据的相关性对噪声进行去除；

(4)对点云数据进行动态归一化以处理去除噪声数据和背景数据；

(5)针对三维数据结构的点云数据，根据三维点云数据的实际物理含义，将物理上没有意义的点云数据去除。

相较于现有的技术，本发明具有以下有益的技术效果：

(1)本发明提供的水下声呐系统点云数据降噪方法能够显著提高信号有效性，对于数据中的噪声信号能够有效的抑制，因此该降噪方法能够为之后的数据处理流程提供有效的数据支撑，对于水下声呐系统而言具有重要的意义。

(2)本发明提供的水下声呐系统点云数据降噪方法实现简单，使用现有简单的滤波技术，针对水下声呐系统点云数据中的噪声特点以及水下声呐系统的流程等进行特定场景的降噪处理，针对性强，实用效果好。

(3)本发明提供的水下声呐系统点云数据降噪方法还可以根据实际应用场景进行微调，以提高点云数据在实际应用场景中的噪声去除效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1是实施例提供的水下声呐系统处理数据步骤的流程图；

图2是实施例提供的水下声呐系统点云数据噪声分类示意图；