[发明专利]一种水下实时三维成像方法及雷达装置

权利要求书

1.一种水下实时三维成像方法，其特征在于，所述方法包括：

利用雷达装置获取水下目标图像，并从水下目标图像中估计出图像的背景散射光；

利用图像色彩平衡方法对背景散射光进行色彩均衡处理；包括：

1)将背景散射光转换为m×n×3的矩阵，其中m×n为背景散射光的区域大小，3表示共有RGB三个颜色通道；分别计算R,G,B三个颜色通道中的最大值B_max，G_max，B_max和平均值R_a,G_a,B_a，同时计算平均值中的最大值Max＝max(R_a,G_a,B_a)；

2)计算各颜色通道的系数：

3)将每个颜色通道的矩阵重排列成m×n的行向量矩阵，按像素值从小到大排列；将行向量矩阵中前N％的像素置为S_min，将行向量矩阵中后N％的像素置为S_max，其中S_min为中间区间的最小像素值，S_max为中间区间的最大像素值；

利用背景散射光对水下目标图像进行图像增强处理，得到增强后的水下目标图像；

利用结合优化算法的特征提取算法对增强后的水下目标图像进行特征提取，得到水下目标图像特征；

所述利用结合优化算法的特征提取算法对增强后的水下目标图像进行特征提取，包括：

1)计算水下目标图像的图像梯度，找出所有梯度值非零的像素，将其排序后纳入矩阵M；

2)对矩阵M中梯度值最大的K个像素值进行粒子群优化算法处理，其中梯度值最大的K个像素值为初始粒子，粒子群算法的适应度函数为：

其中：

I_i表示像素i的灰度值；

N_t表示像素i的第t个邻域像素，即像素i在8个方向上的邻域像素；

C表示边界曲线；

L表示边界曲线的单位长度，当像素i为垂直或平行状态时，其值为1，否则为

g_i表示像素i在曲线C的梯度大小；

T表示阈值；

初始粒子通过不断地迭代变换，直到适应度函数值非-∞，此时粒子所处的位置即为图像边缘位置；在粒子位置更新过程中对时间t中每个粒子的速度矢量v添加额外的随机扰动，所述粒子位置更新的公式为：

其中：

I_max为粒子的最大迭代次数；

v表示粒子的速度；

I_k为粒子的当前迭代次数；

x表示上一时刻粒子的位置，x′为当前时刻粒子的位置；

b为常数，将其设置为2；

t表示算法迭代的时间；

3)若适应度函数f_C非-∞，则认为当前曲线C为边缘图像特征，并清除边缘图像特征对应像素的边缘梯度，重新建立一个矩阵M进行特征提取处理，直到无法得到有效f_C为止；将得到的所有边缘图像特征作为水下目标图像特征；

利用投影原理将水下目标图像特征转化为三维网格图像特征，利用三维编码器对转化得到的三维网格图像特征进行图卷积计算，得到最终的三维目标模型。

2.如权利要求1所述的一种水下实时三维成像方法，其特征在于，所述从水下目标图像中估计出图像的背景散射光，包括：

1)计算水下目标图像中所有像素点在红绿蓝颜色通道的平均值R_a,G_a，B_a；并对所得到的三个平均值再取平均K＝(R_a+G_a+B_a)/3；

2)对水下目标图像中所有像素点进行颜色通道值的调整：

3)计算水下目标图像每个像素点中红通道和蓝通道的差值；

4)去除最大差的前0.01％的像素点，然后选择前0.5％的最大差值的像素点作为候选像素点；

5)计算候选像素点的连接域，将最大面积连接域所对应的像素点作为背景像素点；将背景像素点的像素值作为水下目标图像的背景散射光。