[发明专利]一种水下目标声呐精准测量系统和方法

说明书

本发明公开了一种水下目标声呐精准测量系统及方法。本发明系统包括水下机器人、中央操控系统、姿态模块、深度模块、前视声呐模块、超短基线模块和人工地标。本发明通过声呐图像去噪、特征点提取、特征点匹配、声呐图像拼接及优化等过程实现声呐图像拼接，在特征点匹配阶段，在暴力匹配的基础上增加了一层筛选机制，通过对匹配的特征点对之间连线角度的限制，筛除掉部分错误的匹配特征点对，增加图像拼接成功的概率和图像拼接的精度。并发明一种三维转换算法，该算法推导了空间中已知尺寸的物体与声呐图片之间的映射关系，能够更加准确有效的计算物体的尺寸和角度等相关信息。本发明可有效提升声呐测量的精度和准确度。

技术领域

本发明涉及到水下目标成像领域，特别是，涉及到水下采集物体声呐图像开展水下目标测量的一种水下目标声呐精准测量系统及方法。

背景技术

海洋探测活动的加强，对水下图像质量和目标物的精细化检测提出更高的要求。声成像技术作为水下成像技术中的重要部分，对水下地形地貌成像、水下测绘和水下目标探测等相关研究的发展和应用有着重要的意义。

使用声呐成像进行水下物体测量和水下地形测绘并不会以第三方参考物，这种无参考的测量方法用于一些已知物体和不需要精确数据的场景中是可以达到科研和时间目的的，但是当实验场景中没有已知尺寸的物体或者需要比较精确的数据的时候，传统的无参考的水下物体测量并不能满足要求，因此，有必要探索出一种更精确的基于声呐的水下物体测量方法。

中国发明专利CN 112613504 A发明了“一种声呐水下目标检测方法”，该检测方法，虽然能有效识别特定目标，但不能准确计算出特定目标的尺寸、角度以及位置信息。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种水下目标声呐精准测量系统和方法，能进行有参考的水下目标声呐精准测量。本发明能够更加准确有效的计算物体的尺寸和角度等相关信息，本发明可有效提升声呐测量的精度和准确度。

为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：

一种水下目标声呐精准测量系统，包括水下机器人、中央操控系统、姿态模块、深度模块、前视声呐、超短基线模块和人工地标，所述水下机器人连接中央操控系统、超短基线模块、深度模块、姿态模块，并通过前视声呐连接人工地标。

优选地，所述中央操控系统通过声呐图像去噪、特征点提取、特征点匹配、声呐图像拼接及优化过程实现声呐图像拼接，在特征点匹配阶段，在暴力匹配的基础上增加了一层筛选机制，通过对匹配的特征点对之间连线角度的限制，筛除掉部分错误的匹配特征点对，增加图像拼接成功的概率和图像拼接的精度。本发明所述中央操控系统除了需具备已有水下机器人工作过程中的各种操控功能外，还通过声呐图像去噪、特征点提取、特征点匹配、声呐图像拼接及优化过程实现声呐图像拼接，增加图像拼接成功的概率和图像拼接的精度。

优选地，所述中央操控系统通过三维转换算法，计算水中物体的实际尺寸和角度信息；通过空间中已知尺寸的物体与声呐图片之间的映射关系，进而准确有效的计算物体的尺寸和角度相关信息。中央操控系统除了需具备已有水下机器人工作过程中的各种操控功能外，还通过三维转换算法准确有效的计算物体的尺寸和角度等相关信息。

优选地，所述利用三维转换算法计算水下物体的尺寸和角度信息，包括如下步骤：

首先，获取拼接后的声呐图像；

然后，利用声呐显示软件，计算人工地标成像在声呐图像中的尺寸和角度信息；再计算出实现由空间平面到空间投影平面上的点的映射的转换矩阵；

最后，得出水下目标物的尺寸和角度数据。

优选地，所述姿态模块、深度模块和超短基线模块为获得水下机器人的姿态信息、深度信息以及位置信息，为下一步对所获得的图像进行矫正拼接做准备，并且获得目标物的环境信息，对目标进行定位。