[发明专利]一种水下浅地层剖面图像底质分类方法及系统

说明书

本发明公开了一种水下浅地层剖面图像底质分类方法及系统。该方法包括：获取浅地层剖面测试图像；确定测试浅地层剖面图像中的水体底质界面线、水体底质界面层和表层剖面；依据测试浅地层剖面图像中的水体底质界面线、水体底质界面层和表层剖面对每列测试子图像进行特征提取，得到浅地层测试特征提取集合；浅地层测试特征提取集合包括多列测试子图像的界面线测试特征量、界面层测试特征量和表层剖面测试特征量；依据浅地层测试特征提取集合，采用基于滑动窗口的机器学习法得到浅地层剖面测试图像的底质分类结果。本发发明能够提高水下浅地层剖面图像底质分类的分类精度。

技术领域

本发明涉及海底浅地层图像分类领域，特别是涉及一种水下浅地层剖面图像底质分类方法及系统。

背景技术

浅地层剖面系统主要由浅地层剖面仪主机、记录计算机、缆线、电源构成的甲板系统和载有换能器的水下拖鱼以及拖缆构成，并配有用于定位的GPS设备，有时还会使用回声测深仪获取高精度的海底高程信息，以进行浅地层剖面测量结果的校准。

浅地层剖面仪进行数据采集时，换能器以特定方式向其正下方海底发射一定频率的声脉冲，该声脉冲在海水和沉积层中传播，在声阻抗存在一定差异的相邻两层界面处发生反射和透射，一部分能量形成反射信号到达换能器被记录下来，另一部分能量发生透射继续向下传输，在每个界面都以同样的方式透射、反射并被记录，直到返回的声脉冲能量衰减至无法检测。海底声脉冲形成的回波信号按时间顺序依次返回，被换能器接收并转化为电信号传递给主机，经过信号的解算得到浅地层剖面的回波强度采样信息。

浅地层剖面原始数据一般以呯(Ping)为单位记录每一次声脉冲返回的声反射信号时间序列，再通过变换得到回波信号的振幅，按照一定的色彩映射规则按照Ping序列号依次排列可形成浅层剖面图像。

浅地层剖面图像主要反映两类海底特性，一是海底地形起伏，据此可判断是否有突出于平均海底面的特殊地物；二是海底剖面的声阻抗特性，据此可区分其扫描的正下方区域底质类型及其变化。浅地层剖面图像可为基于侧扫声呐和多波束系统图像的海洋底质分类提供更多的参考信息，既可作为海底自动分类的依据，也可作为分类结果的验证数据。

浅地层剖面仪是进行大范围海洋底质分类的重要仪器。目前，通常采用以下两类方法实现水下浅地层剖面图像的底质分类。一类方法是基于浅地层剖面仪获取的浅层剖面图像，主要依赖人工目视解译判别底质类型并进行底质分类制图，该方法依赖底质判别者的经验，数据处理效率较低，且解译过程不易回溯，容易造成错判或漏判，不适用于大范围底质分类制图；另一类方法是基于浅地层剖面仪单次Ping测量信号进行底质类别的识别，但该方案的问题在于对单次Ping测量噪声的影响无法消除，也未利用底质剖面图像的空间信息，因此底质分类精度不高。

发明内容

基于此，有必要提供一种水下浅地层剖面图像底质分类方法及系统，以提高水下浅地层剖面图像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：

一种水下浅地层剖面图像底质分类方法，包括：

获取浅地层剖面测试图像；所述浅地层剖面测试图像是由多列测试子图像构成；所述测试子图像包括连续的多呯声反射信号时间测试序列；

确定所述测试浅地层剖面图像中的水体底质界面线、水体底质界面层和表层剖面层；

依据所述测试浅地层剖面图像中的水体底质界面线、水体底质界面层和表层剖面层对每列所述测试子图像进行特征提取，得到浅地层测试特征提取集合；所述浅地层测试特征提取集合包括多列所述测试子图像的界面线测试特征量、界面层测试特征量和表层剖面测试特征量；所述界面线测试特征量表示所述测试浅地层剖面图像中的水体底质界面线的复杂度；所述界面层测试特征量为所述测试浅地层剖面图像中的水体底质界面层的灰度均值；所述表层剖面测试特征量包括所述测试浅地层剖面图像中的表层剖面的灰度统计特征和所述测试浅地层剖面图像中的垂向纹理特征；