[发明专利]一种快速的多子图关联航向角估计方法

摘要

本发明属于数字图像处理与快速导航技术领域，具体涉及一种快速的多子图关联航向角估计方法。本发明包括：在多波束测深声纳实时图像中，从其探测矩形区域内等间距的截取三个圆形匹配子图；对三张匹配子图分别与海底基准图，使用地形参数特征对子图进行匹配定位，获取三个位置坐标；根据匹配图在基准图的位置关系，判断位置坐标可用性；如果可用，则连接三个圆形基准图的圆心，并计算连线斜率，估计航向角；通过计算运行时间，并对比其他算法时效性。本发明虽然使用到了多个子图的匹配，其运算时间大于单一子图，然而针对本发明后续的几何估计，却能在时间上大大优于原始模板遍历匹配法。

主权项

1.一种快速的多子图关联航向角估计方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)截取多波束测深声纳探测矩形内三个匹配子图；多波束测深声纳的实时探测范围是随着携带声纳设备的船只或者航行器的速度决定的，其时实探测范围均为矩形；在矩形内以圆心等间距截取三个内切圆，其圆形截取模板具有旋转不变性；(2)使用地形参数特征来分别定位匹配子图；分别使用地形高程均值、地形高程标准差、地形粗糙度与地形熵；其中地形高程均值E：式中，M表示截取圆形模板S区域内像素点总数，I(i,j)为圆形模板内第i行，第j列位置上的高程；地形高程标准差σ：式中，M表示截取圆形模板S区域内像素点总数，I(i,j)为圆形模板内第i行，第j列位置上的高程，E为地形高程均值；粗糙度R：式中，M表示截取圆形模板S区域内像素点总数，I(i,j)为圆形模板内第i行，第j列位置上的高程，R_x与R_y分别表示地形横向与纵向粗糙度；地形熵H_f：C(i,j)＝I(i,j)‑E式中，M表示截取圆形模板S区域内像素点总数，I(i,j)为圆形模板内第i行，第j列位置上的高程，C(i,j)为圆形模板内第i行，第j列位置上的高程偏差，E为地形高程均值；设定合理阈值，利用以上四个地形参数特征快速定位出匹配子图位置；(3)判断位置坐标可用性；判断准则是：当且仅当三个匹配子图圆心的匹配坐标连线在小于允许的坐标偏差以内，即其中每两个匹配子图连线的延长线与第三个匹配子图圆心的最小距离小于允许偏差位置坐标可用；(4)当满足允许偏差条件时，通过几何推导来估计航向角；如果满足步骤(3)中的允许偏差条件，那么三个匹配子图定位圆心的连线就在一条直线上，那么通过计算其与基准方向之间的夹角并求平均可得到估计的航向角Θ，具体公式为：式中，a1与a2分别表示第一匹配子图的定位坐标，b1与b2分别表示第二匹配子图的定位坐标，c1与c2分别表示第三匹配子图的定位坐标；(5)如果不满足允许偏差条件，则重新获取实时图，返回步骤(1)。