[发明专利]DF-SAS高低频声呐图像精细配准融合方法

说明书

本申请提出的DF‑SAS高低频声呐图像精细配准融合方法，首先对原始瀑布图像进行初步处理，使其转变成一幅经过畸变改正且具有精确地理坐标的地理编码图像，然后对两张高频、低频地理编码图像进行匹配、融合处理，融合后的图像既具有原来高频图像的海床表面精细地貌信息，又具有原来低频图像的浅地层掩埋地层信息，最终达到自动提取并识别目标位置和分布的任务，这一套处理流程可以大幅提高大规模精细作业的效率以及目标判别的正确率，同时减轻了工作人员的工作负担，对海床表面的高分辨率成像、海洋矿产资源勘探和海底管线和电缆监测等工作具有较大的实际应用价值。

技术领域

本申请涉及一种声呐图像精细配准融合方法，特别涉及一种DF-SAS高低频声呐图像精细配准融合方法，属于声呐图像配准融合技术领域。

背景技术

声波由于其在水中优秀传播特性成为人类探索海洋时不可或缺的伙伴，而采用声波进行测量的声呐作为人类在海洋调查中主要探测工具，在目前的海洋科考、海洋工程等方面起到了不可替代的作用。水下声呐成像是声呐在海洋探索中非常重要的应用，合成孔径声呐是一种采用了合成孔径技术的侧扫式主动成像声呐。与侧扫声呐相比,合成孔径声呐具有较高的方位向分辨率,且其与距离和频率都无关。由于低频信号可探测到海底浅地层的回波信息,所以低频合成孔径声呐可以承担起探测海底掩埋和半掩埋物的任务。双频合成孔径声呐(DF-SAS)同时装备了高频和低频两组模块，可同时进行高分辨率海底地貌成像和浅地层的掩埋和半掩埋物勘探任务。目前的作业模式为：实际扫测工作开始后，技术人员必须同时关注至少两块显示屏上扫过的高频和低频的未经处理的初始瀑布图像,迅速判断目标区域的具体位置及分布来为海上实时作业提供参考。

这种较为原始的采用人工判读方式虽然短期可以满足作业要求,可一旦出现实时、快速、长期、同步观测要求，会大幅降低大规模作业的效率以及目标判读的正确率，具体来讲主要有如下两点不足：

第一，当前DF-SAS系统显控设备上采用的图像是未经处理的原始瀑布图像，瀑布图像是按照时序逐扫描线记录合成后的回波强度信息的条带图像,其存在严重的横向几何畸变且未进行姿态、航向改正，目标的形状和位置在图像上都会与实际相差甚远，基于这样的图像进行判读会大幅降低目标判读的正确率。

第二，当前的作业模式要求技术人员必须同时关注高频、低频两套显控设备显示的图像，手动判断两张图像中目标区域的位置和分布情况，这种原始的工作模式严重降低了大规模作业的效率，加重了工作人员的工作负担。

合成孔径技术最早起源于雷达成像领域，然而与合成孔径雷达(SAR)经过几十年的发展所获得的巨大成功相比，目前合成孔径声呐技术仍未完全成熟，原因主要有两点：一个是水声环境异常恶劣，另一个是声速远远小于光速。

现有技术的图像配准：获得质量较高的图像融合结果的前提就是初始图像要经过精确配准,图像配准是将两张或多张图像的所有图像放至同一参考系内，让所有图像达到同一度量标准要求的过程，具体可以根据图像配准过程中处理信息类型的不同，分为如下几类方法：基于空间域灰度信息的图像配准方法、基于变换域系数信息的图像配准方法、基于提取的特征信息的图像配准方法。

现有技术的图像融合：图像融合是将多幅在同一参考系下的图像的同一片区域的信息进行某种数值处理，得到的融合图像包含多幅源图像的大部分特征信息，最终达到一幅图像所包含的信息代表多幅图像所包含信息的目的，当前，图像融合成熟的领域主要集中在像素级上，有基于空间域、基于多分辨变换域、基于单尺度变换域三种融合方法。

当前计算机视觉、遥感和医学图像融合等方面开展了大量研究，而在声呐图像融合方面的相对较少。

综上所述，现有技术的双频合成孔径声呐图像配准融合存在许多不足，本申请的难点和待解决的问题主要集中在以下方面：