[发明专利]一种相控阵三维声纳图像离线处理系统和方法

权利要求书

1.一种相控阵三维声纳图像离线处理系统，其特征在于，包括：

(1)三维声纳图像数据读取模块，包括GPS坐标信息读取模块、姿态信息读取模块、以及声纳点数据读取和解析模块，用于以帧为单位从硬盘读取GPS坐标、姿态信息和声纳点数据，对声纳点数据进行解析，并将球面坐标转换为世界坐标系中的x，y，z三维坐标；

(2)单帧多层重建模块，包括网格搜索子模块和三角面片连接子模块；

所述的网格搜索子模块，用于确定三维声纳点所在的扫描波束和层数信息以及反射强度信息，并将每个扫描波束上的声纳点按照层数顺序进行排序，然后按照预设边长大小的网格搜索相邻声纳点；

所述的三角面片连接子模块，用于将搜索到的声纳点依次连接成三角面片，便于后续插值处理；

(3)精确配准模块，包括重叠区域判断子模块、两两配准子模块和拟牛顿最优化子模块；

所述的重叠区域判断子模块，用于将单帧重建的图片两两配对组合，并获取每个配对组合中两帧图片的边界坐标信息，从而判断两帧图片之间是否有重叠部分，并对有重叠区域的配对组合进行光栅化插值，记录重叠区域内的声纳点的个数，以判断重叠区域的大小；

所述的两两配准子模块，用于对每个配对组合中两帧图片重叠区域内的声纳点进行最近邻点迭代处理，并对处于重叠区域边界的声纳点进行消除后处理，将每个配对组合中两帧图片进行配准，得到表征所述的两帧图片之间的旋转或平移关系的配准矩阵；

所述的拟牛顿最优化子模块，用于将所有的配准矩阵进行拟牛顿最优化处理，得到各帧图片相对于第一桢图片的全局最优配准矩阵，并作用于各帧图片，将各帧图片坐标配准到第一帧图片的坐标系下；

(4)拼接融合模块，包括分辨率设置子模块、光栅化采样子模块、高频成分去除子模块、两帧融合子模块，以及再重建与可视化子模块；

所述的分辨率设置子模块，用于设置分辨率；

所述的光栅化采样子模块，用于根据所设分辨率沿x，y，z三个方向依次对声纳点进行光栅化网格采样处理，得到各个采样点的位置、方向和权重信息；

所述的高频成分去除子模块，用于对同一帧中，方向相反，且在同一条光栅网格边上的两点删除其一，消除高频成分；

所述的两帧融合子模块，用于对分属于不同的两帧，但方向相同，并且位于所述的光栅化网格大小确定的距离范围内的两声纳点进行融合；

所述的再重建与可视化子模块，用于对融合完后的所有声纳点进行三角面片的重建，使多帧重建为一个整体，并进行三维可视化显示。

2.如权利要求1所述的相控阵三维声纳图像离线处理系统，其特征在于，所述的分辨率设置子模块根据低精度快速显示和高精度精细显示的不同要求分别设置不同级别的分辨率。

3.如权利要求1所述的相控阵三维声纳图像离线处理系统，其特征在于，所述的最近邻点迭代的过程如下：

a.对于在所述的重叠区域内一帧图片上的声纳点集合Y中的每个声纳点，计算它在所述的重叠区域内另一帧图片上的声纳点集合X中的最近点；

b.通过步骤a，得到两个声纳点集合Y和X之间相应的变换矩阵；

c.根据步骤b中的变换矩阵，对声纳点集合Y进行旋转或平移；

d.计算变换后两帧图片上所有相互对应的声纳点对之间的距离之和的值，如果该值小于设定的阈值，则迭代结束；否则，回到步骤a重复上述的过程。