[发明专利]多图像声呐系统的空间对准装置及图像融合方法

说明书

本发明公开了一种多图像声呐系统的空间对准装置及图像融合方法，空间对准装置主要包括：多图像声呐系统安装平台、声学标识安装平台、高精度多自由度滑轨运动平台、数据采集系统以及空间对准解算系统；高精度多自由度滑轨运动平台和声学标识安装平台可以动地设置在高精度多自由度滑轨运动平台上；数据采集系统和空间对准解算系统均与高精度多自由度滑轨运动平台、声学标识安装平台以及高精度多自由度滑轨运动平台数据连接；其中调整声学标识安装平台和多图像声呐系统安装平台之间的相对位置，能准确获取相对位置数据、声学标识检测数据和多图像声呐数据。

技术领域

本发明是关于水下目标探测领域，特别是关于一种可用于多声呐数据的对准与统一空间表示，提升声呐水下目标探测精细度的多图像声呐系统的空间对准装置及图像融合方法。

背景技术

水下环境与陆地环境之间的极大差异，当目标距离较远或环境光较暗，由于水中存在的水体对光的吸收和散射等诸多因素会导致光线成像质量严重退化，因此使用声呐是目前中远距离水下目标探测最有效的手段。

声呐主要分为被动声呐和主动声呐，目标搜索或环境探测任务一般使用主动声呐进行成像。这种图像声纳的优势在于不受光学环境影响，能够快速准确地对目标进行定位；劣势在于声呐成像质量相较于光学成像较低，并且受到目标材料、结构、环境散射的影响，物体边缘特征被弱化，给声呐图像后续处理带来了不便。

成像声呐主要有两种：一种是侧扫声呐，一种是前视声呐。其中，侧扫声呐需要通过航行器航行进行连续的图像拼接(类似卫星扫图)，可能难以在UUV上做到在线构图，一般通过数据线缆连接到母船进行处理，或者通过下载的方式进行离线处理。前视声呐按照工作模式可分为机械扫描声呐、多波束声呐等。机械扫描声呐通过单个波束的扫描获得一定区域的图像，成像周期长，成像质量较好，运动时会存在严重的拖影现象(适合用于固定探测、ROV等)；多波束声呐是通过波束成形技术形成多个波束，成像快，成像质量较差，拖影现象较轻(适合用于UUV、潜水员等)。

无论是侧扫声呐还是前视声呐，都存在声呐扫描角度分辨率受限的缺点，导致声呐图像特征信息随距离增大而减少，这种特征损失给水下目标识别、高精度场景构建带来了极大的挑战。于是，声呐图像增强是声呐系统数据预处理中的一个重要任务。随着水下安防、救援打捞等需求的增长，对声呐探测提出了越来越高的要求，需要更全面地、更精细地获取水下目标/环境的特征，通过单个声呐的探测系统——即使带有图像增强——也难以适应发展需求。于是，诞生了多个声呐进行联合探测的方案，通过声呐数据冗余提高探测的精细度。为此，集成多个声呐组成的多图像声呐系统逐渐受到重视，并越来越多的应用到目标探测领域。

多图像声呐系统一般由数个工作频段不重叠的图像声呐组成，可以为使用者提供多个频段及视角下的声呐探测图像，可以实现大范围、高精细度的探测。但是，多个声呐的图像提供的信息过多，与视频监控系统一样，会造成使用者的视觉疲劳甚至判断错误。因此，有必要进行多图像声呐数据的空间对准并进行图像融合，实现高保真度下的多声呐图像的统一视图表示，既可以减轻使用者的使用负担，也能为自动化目标识别与跟踪提供高质量数据支撑。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多图像声呐系统的空间对准装置，其能够准确获取相对位置数据、声学标识检测数据和多图像声呐数据。

本发明的另一目的在于提供一种多图像声呐系统的图像融合方法，其能够通过多组数据可以求解多个声呐坐标系到声呐系统坐标系的变换矩阵参数，从而将多个声呐图像转换到同一个坐标空间下，实现图像对准和融合。