[发明专利]一种水下多源声学图像特征提取方法及系统

说明书

本发明公开了一种水下多源声学特征提取方法及系统。该方法包括：提取水底地貌图像的地貌特征量、水底地形图像的地形特征量和水底地层图像的地层特征量；地形特征量包括水底坡度、水底坡向、水底表面曲率和水底地表的分形维数特征；地层特征量包括界面线特征量、界面层特征量和表层剖面特征量；界面线特征量表示水体底质界面线的复杂度；界面层特征量为水体底质界面层的灰度均值；表层剖面特征量包括表层剖面的灰度统计特征和表层剖面的垂向纹理特征；将地貌特征量、地形特征量和地层特征量确定为多源声学特征集合。本发明实现了多源声学特征的提取，地貌、地形、地层特征量形成互补，使得特征提取更加全面，用于后续底质分类时，分类精度高。

技术领域

本发明涉及水下声学图像分析与处理领域，特别是涉及一种水下多源声学特征提取方法及系统。

背景技术

底质分类是指对海洋、湖泊、河流等水体底层物质(如泥、沙、粗砂、砾石、礁石等)的分类。底质分类对科学研究、资源开发环境保护和权维具有重要意义。侧扫声呐、多波束声呐系统和浅地层剖面仪等多源探测是声学法底质分类的常用技术，这三类声学设备获取的主要数据是多源的声学图像，通过对多源图像的分析和解译可实现底质类型的分类。

具有代表性的多源声学图像主要包括侧扫声呐和多波束声呐系统获取的底质反向散射强度地貌图像、多波束声呐系统获取的水底地形合成地形图像(用不同灰度或色彩表示水底高程)、浅地层剖面仪获取的水底剖面声反射强度图像，即地层剖面图像。

目前，通常以地貌图像为研究对象，实现底质分类，但是使用地貌图像特征仅能描述水底两维纹理信息，信息量非常有限，而基于地形图像和地层剖面图像的特征提取方法较少，无法与提取的地貌特征形成互补，不利于面向底质分类的应用，导致现有底质分类的精度不高。基于此，亟待一种水下多源声学特征提取方法出现，以实现多种类型图像的特征提取。

发明内容

基于此，有必要提供一种水下多源声学特征提取方法及系统，以实现地貌图像、地形图像、地层剖面图像三种类型图像的特征提取，进而提高后续底质分类的分类精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种水下多源声学特征提取方法，包括：

获取水底地貌图像、水底地形图像和水底地层图像；

对所述水底地貌图像、所述水底地形图像和所述水底地层图像分别进行图像分割，得到多个地貌分割单元、多个地形分割单元和多个地层剖面分割单元；

对各所述地貌分割单元进行特征提取，得到地貌特征量；所述地貌特征量包括水底地貌图像的灰度统计特征、水底地貌图像的灰度共生矩阵特征、水底地貌图像的基于高阶统计量的不变矩特征和水底地貌图像的分形维数特征；

对各所述地形分割单元进行特征提取，得到地形特征量；所述地形特征量包括水底坡度统计特征、水底坡向统计特征、水底表面曲率统计特征和水底地表的分形维数特征；

对各所述地层剖面分割单元进行特征提取，得到地层特征量；所述地层特征量包括界面线特征量、界面层特征量和表层剖面特征量；所述界面线特征量表示水体底质界面线的复杂度；所述界面层特征量为水体底质界面层的灰度均值；所述表层剖面特征量包括表层剖面的灰度统计特征和表层剖面的垂向纹理特征；

将所述地貌特征量、所述地形特征量和所述地层特征量确定为多源声学特征集合。

本发明还提供了一种水下多源声学特征提取系统，包括：

图像获取模块，用于获取水底地貌图像、水底地形图像和水底地层图像；

图像分割模块，用于对所述水底地貌图像、所述水底地形图像和所述水底地层图像分别进行图像分割，得到多个地貌分割单元、多个地形分割单元和多个地层剖面分割单元；