多波束水体影像的目标检测

作     者：郑双强 

作者单位：山东科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：阳凡林

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 081601[工学-大地测量学与测量工程] 0816[工学-测绘科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

主      题：多波束系统 水体影像 水体数据 波束旁瓣 同距噪声 边缘检测 

摘      要：多波束声呐系统在现代水下地形测量中扮演着及其重要的作用,并在诸多行业中得到了广泛使用。随着软硬件技术的提升,多波束系统不断更新换代,从传统的深度测量到侧扫成像、再到水体数据获取,多波束系统可以获取当前位置及波束开角下从换能器到海底的全部反向散射强度信息,真正做到了海洋信息数字化。本文正是利用多波束系统采集的最丰富的数据源——水体数据,开展相关研究。作为测深数据、海底反向散射的数据源,其己在诸多领域进行了应用,比如海底油气泄漏检测、水下考古调查、海洋渔业养殖等。水体数据拥有深度和海底强度无法表达的丰富信息,但是对其研究相对于测深和海底反向散射强度来说少得多。本文研究内容涉及多波束水体数据采集及成像、水体影像噪声和旁瓣影响分析及处理方法、水体影像目标检测方法和水体影像分析与信息提取工具软件的设计与研发等多方面内容。主要工作如下:1.对多波束水体影像数据采集及成像原理进行研究解释,研究了水体影像成像时采样点的位置计算方法,针对其形成扇形图时出现的波束空值现象,提出了溯源邻近插值方法。深入剖析多波束水体影像所有可形成的视角影像图,并对其用途进行探讨分析,深入理解,同时对水体影像成像时的影响因素进行了讨论。2.提出一种自适应阂值水体影像旁瓣去噪方法,根据反向散射强度特征计算自适应阂值将影像分区,使用边界参数依次将目标噪声混合区角度序列中目标和噪声进行定位并使用压缩因子对噪声压缩,即可得到处理后的水体影像。3.利用去噪后的水体影像进行目标检测工作,通过滤波、分割、孔洞填充、独立点删除等方法,得到清晰的目标分割结果,使用基于形态学的简易边缘追踪算法,得到分割目标的边缘信息。与传统边缘检测算子从影像检测结果和时间复杂度上进行分析,确定了本文边缘检测算法的优越性。4.基于VS MFC平台,实现了水体影像分析与信息提取工具软件的设计与开发。通过用户需求分析确定并设计功能,继而将其体现在软件上实现。通过本软件,可以实现对多波束水体影像的显示、分析、处理和保存等诸多操作。对国内水体影像相关处理软件的研发,具有一定的实用价值和意义。