[发明专利]一种基于声呐图像边缘角点直方图的水下地形匹配方法

摘要

本发明涉及的是一种数字图像处理领域，具体涉及一种运用于水下潜器导航系统的基于声呐图像边缘角点直方图的水下地形匹配方法。本发明包括(1)对原始多波束数据进行规格化与插值处理，对于深度值，通过线性变换，将其转换到0‑255范围；(2)将三维模型投影到XY平面上，若将各投影点的灰度值设置为该点在三维模型中的高度值，则该投影即为水下地形的灰度图像；(3)遍历各灰度级，统计同一灰度级下的像素数目，构成灰度直方图，获得各灰度级下像素的总数。本发明利用直方图理论，对图像的各灰度级分别进行分析，克服了传统灰度直方图分辨率差的缺点。利用边缘角点直方图作为图像特征，根据相似性计算结果对水下载体位置进行定位。在有噪声、方向误差及尺度变化存在的情况下，仍能保持结果的可靠性。

主权项

一种基于声呐图像边缘角点直方图的水下地形匹配方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)对原始多波束数据进行规格化与插值处理，对于深度值，通过线性变换，将其转换到0‑255范围；(2)将三维模型投影到XY平面上，若将各投影点的灰度值设置为该投影点在三维模型中的高度值，则该投影图像即为水下地形的灰度图像；(3)遍历各灰度级，统计同一灰度级下的像素数目，构成灰度直方图，获得各灰度级下像素的总数；(4)提取各灰度级的边缘点，并记录其位置与数目，其中边缘点定义为：某灰度级的所有像素点中，若某像素点与其至少一个四邻域像素点具有不同灰度值，则该像素点为该灰度级的边缘点；(5)遍历各灰度级的边缘点，提取各灰度级的边缘角点，并记录其数目，其中边缘角点定义如下：某灰度级的所有边缘点中，若某边缘点的灰度值不同于其至少一个垂直方向的相邻点，并且该边缘点的灰度值不同于其至少一个水平方向的相邻点，则该点为该灰度级的边缘角点；在一个位深度为L、分辨率为N×M的灰度图像中，L为正整数，N、M分别为灰度图像长度和宽度，令g(i,j)代表像素点P(i,j)的灰度值，i＝1,2…N；j＝1,2…M；在该灰度图像第k个灰度级中k＝1,2...2L，其边缘点的集合为Ek，边缘角点的集合为Ck，Ck是Ek的子集：Ck⊆Ek]]>Ck表示：Ck={P(i,j)P(i,j)⊆Ekg(i,j)≠g(i-1,j)||g(i,j)≠g(i+1,j)g(i,j)≠g(i,j-1)||g(i,j)≠g(i,j+1)};]]>(6)计算各灰度级的边缘角点复杂度：某灰度级的边缘角点复杂度γk为该灰度级的边缘角点数与边缘点数之比，其中λ(Ek)与λ(Ck)分别为该灰度级的边缘点数与边缘角点数γk=λ(Ck)λ(Ek);]]>(7)将各灰度级的边缘角点复杂度作为其对应的灰度级在直方图中的值，从而获得该灰度图像的边缘角点直方图；(8)利用直方图作为模板，对基准图进行扫描；统计基准图中每一个扫描位置的边缘角点直方图，并计算其与模板直方图的相似度，相似性度量采用最大均方误差法；(9)完成整幅基准图的扫描后，将具有最大相似度的扫描位置坐标作为匹配结果输出。