專利名稱：一種合成孔徑聲納圖像數(shù)據(jù)拼接系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聲納信號(hào)處理領(lǐng)域，特別涉及一種合成孔徑聲納圖像數(shù)據(jù)拼接系統(tǒng) 及方法。
背景技術(shù)：
合成孔徑聲納(Synthetic Aperture Sonar: SAS)利用小尺寸基陣在方位向的移
動(dòng)形成虛擬大孔徑，通過對(duì)不同位置的聲納回波信號(hào)進(jìn)行相干處理，從而獲得高分 辨率的聲納圖像。
拖曳式合成孔徑聲納成像系統(tǒng)中，拖體與母船之間通過拖纜連接，為了保證拖 體穩(wěn)定性，放纜長(zhǎng)度較長(zhǎng)；拖體和母船之間的柔性連接使得對(duì)拖體位置的估算精度 較差。拖體上可以通過安裝高精度水下導(dǎo)航設(shè)備估計(jì)拖體航跡，但這種設(shè)備的價(jià)格 非常昂貴。 一般情況下，光學(xué)成像的分辨率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于聲學(xué)成像的分辨率，普通的光 學(xué)圖像拼接技術(shù)完全依靠圖像特征進(jìn)行拼接；相對(duì)而言，合成孔徑聲納成像的分辨 率比光學(xué)成像的分辨率低，因此單純依靠圖像特征進(jìn)行拼接很難得出穩(wěn)定可靠的結(jié) 果。因此，需要尋找一種適合合成孔徑聲納系統(tǒng)，充分利用合成孔徑聲納系統(tǒng)信息 的方法。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明的提出一種合成孔徑聲納圖像數(shù)據(jù)拼接 系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)及方法采用母船的GPS信息對(duì)合成孔徑聲納圖像進(jìn)行地理信息 編碼并對(duì)圖像信息進(jìn)行初步拼接，然后利用圖像中的特征點(diǎn)和特征線進(jìn)行精確校準(zhǔn) 和圖像拼接。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種合成孔徑聲納圖像數(shù)據(jù)拼接系統(tǒng)，包括
一系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定模塊，用于根據(jù)實(shí)際需要，設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)，所述系統(tǒng)參數(shù)包括 拖纜長(zhǎng)度、測(cè)繪帶寬、最小距離等。
一初步拼接模塊，用于對(duì)待拼接的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行地理信息編碼，進(jìn)行初步拼接， 即通過圖像數(shù)據(jù)的地理編碼信息對(duì)帶拼接的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行初步校準(zhǔn)。及
一精確拼接模塊，用于利用初步校準(zhǔn)后的圖像數(shù)據(jù)中的特征點(diǎn)和特征線，對(duì)待 拼接的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行精確校準(zhǔn)和拼接。其中，所述初步圖像拼接模塊包括 一斜距校正模塊、 一航跡方向矢量計(jì)算模 塊、 一地理坐標(biāo)計(jì)算模塊及一初步校準(zhǔn)模塊。
所述斜距校正模塊，用于將圖像數(shù)據(jù)由成像坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到航跡坐標(biāo)系；轉(zhuǎn)換公 式如下-
,=VV +/2 ; 其中，r是斜距，/是水平距離，A是成像深度。 所述航跡方向矢量計(jì)算模塊，用于根據(jù)母船的航跡信息計(jì)算拖體的航跡信息；
合成孔徑聲納航跡的直線方程為^ =似+ 6;其中，a和6通過下式求解
<formula>formula see original document page 8</formula>其中，各航跡點(diǎn)的坐標(biāo)為A:(;c,，;;,)， n為航跡點(diǎn)個(gè)數(shù); 則航跡的方向矢量為
<formula>formula see original document page 8</formula>所述地理坐標(biāo)計(jì)算模塊，用于根據(jù)母船的航跡信息與拖體的航跡信息，計(jì)算圖
像數(shù)據(jù)中各像素點(diǎn)的地理坐標(biāo)；像素點(diǎn)C至航跡的垂直距離如下
其中， 為像素點(diǎn)C沿航跡垂直方向距測(cè)繪帶邊緣的像素?cái)?shù)，d為像素大 小， in為測(cè)繪帶的最小距離。
像素點(diǎn)C對(duì)應(yīng)的地理坐標(biāo)由下式得到
<formula>formula see original document page 8</formula>
其中，A:Oc。,^)為像素點(diǎn)C成像時(shí)對(duì)應(yīng)母船航跡點(diǎn)的地理坐標(biāo)；/"^為母 船的放纜長(zhǎng)度。
所述初步校準(zhǔn)模塊，用于根據(jù)圖像數(shù)據(jù)中各像素點(diǎn)的地理坐標(biāo)，對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn) 行地理編碼，得到圖像數(shù)據(jù)的地理信息，并利用該地理信息，對(duì)該圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行初 步校準(zhǔn)。
其中，所述精確拼接模塊包括-.
一旋轉(zhuǎn)量消除模塊，用于消除所述待拼接的圖像數(shù)據(jù)之間的旋轉(zhuǎn)量。 首先，根據(jù)像素點(diǎn)^、 ^和^、 "H十算方向矢量巧和^;其中VVV2 =VV
、
然后，根據(jù)方向矢量^和^計(jì)算圖像7'和^之間存在的旋轉(zhuǎn)角e;其中
COS0 =巧 v2,
最后，根據(jù)旋轉(zhuǎn)角P消除聲納圖像數(shù)據(jù)A和^之間存在的旋轉(zhuǎn)量。
一平移量消除模塊，用于消除所述待拼接的圖像數(shù)據(jù)之間的平移量；根據(jù)象素
ULX
點(diǎn)q、 A和q、 "z之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算待拼接的圖像數(shù)據(jù)之間的平移量A^，其中
uutw v v
v v
2 ，
根據(jù)平移量A^消除待拼接的聲納圖像數(shù)據(jù)A和^之間存在的平移量。本發(fā)明提供的一種合成孔徑聲納圖像數(shù)據(jù)拼接方法，包括以下步驟-
(1) 根據(jù)實(shí)際需要，通過系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定模塊，設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)；所述系統(tǒng)參數(shù)包括拖纜長(zhǎng)度、測(cè)繪帶寬、最小距離等。
(2) 初步拼接模塊對(duì)待拼接的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行地理信息編碼，進(jìn)行初步拼接，即通過圖像數(shù)據(jù)的地理編碼信息對(duì)待拼接的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行初步校準(zhǔn)。
(21)斜距校正模塊將圖像數(shù)據(jù)的成像坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到航跡坐標(biāo)系；轉(zhuǎn)換公式如
下
其中，r是斜距，/是水平距離，A是成像深度；(22)航跡方向矢量計(jì)算模塊根據(jù)母船的航跡信息計(jì)算拖體的航跡信息；合成孔徑聲納航跡的直線方程為_y = OX + 6;其中，fl和6通過下式求解
、1r》/
i...i
i人
其中，各航跡點(diǎn)的坐標(biāo)為A:(x,，3;,)， w為航跡點(diǎn)個(gè)數(shù)；
則航跡的方向矢量為信息，計(jì)算圖像數(shù)據(jù)中各像素點(diǎn)的地理坐標(biāo)；像素點(diǎn)C至航跡的垂直距離如下
其中， 為像素點(diǎn)c沿航跡垂直方向距測(cè)繪帶邊緣的像素?cái)?shù)，d為像素大
小， in為測(cè)繪帶的最小距離；
像素點(diǎn)C對(duì)應(yīng)的地理坐標(biāo)由下式得到
V V V V
其中，》。(x。,少。)為像素點(diǎn)C成像時(shí)對(duì)應(yīng)母船航跡點(diǎn)的地理坐標(biāo)；/"艦為母船的放纜長(zhǎng)度；
(24)初步校準(zhǔn)模塊根據(jù)圖像數(shù)據(jù)中各像素點(diǎn)的地理坐標(biāo)，對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行地理編碼，得到圖像數(shù)據(jù)的地理信息，并利用該地理信息，對(duì)該圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行初步校準(zhǔn)。
(3)精確拼接模塊利用初步校準(zhǔn)后的圖像數(shù)據(jù)中的特征點(diǎn)和特征線，對(duì)待拼接的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行精確校準(zhǔn)和拼接。
(31)旋轉(zhuǎn)量消除模塊消除所述待拼接的圖像數(shù)據(jù)之間的旋轉(zhuǎn)量；
(311)根據(jù)像素點(diǎn)^、 "i和^、 A計(jì)算方向矢量K和V2;其中
V V V V
^ — V - Pr，
VVv2 =VV
—A
(312) 根據(jù)方向矢量Vl和V2計(jì)算圖像^和^之間存在的旋轉(zhuǎn)角^;其中
cos 0 = Vj v2,
(313) 根據(jù)旋轉(zhuǎn)角e消除聲納圖像數(shù)據(jù)71和72之間存在的旋轉(zhuǎn)量；(32)平移量消除模塊消除所述待拼接的圖像數(shù)據(jù)之間的平移量；
(321) 根據(jù)象素點(diǎn)q、 "i和q、 A之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算待拼接的圖像數(shù)據(jù)之間的平移量A^，其中
uu uu
2 ,
(322) 根據(jù)平移量A^消除待拼接的聲納圖像數(shù)據(jù)^和^之間存在的平移量。其中，所述待拼接的聲納圖像數(shù)據(jù)是兩幅或者多幅，所述兩幅或者多幅合成孔徑聲納圖像數(shù)據(jù)處于相鄰的地理位置；所述兩幅或者多幅合成孔徑聲納圖像中的部分或者全部圖像中存在共同的特征點(diǎn)或特征線。
所述特征點(diǎn)是指合成孔徑聲納圖像中具有一定特征(如強(qiáng)度等)的點(diǎn)目標(biāo)，特征線是指由特征點(diǎn)組成的線段。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明提供的一種合成孔徑聲納圖像數(shù)據(jù)拼接系統(tǒng)及方法同時(shí)利用母船的GPS信息和聲納圖像特征，在拖體不安裝高精度導(dǎo)航設(shè)備的情況下實(shí)現(xiàn)合成孔徑聲納圖像拼接功能，提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性，降低了系統(tǒng)造價(jià)。


圖1是本發(fā)明合成孔徑聲納圖像數(shù)據(jù)拼接系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖2是本發(fā)明初步拼接模塊結(jié)構(gòu)流程圖3是本發(fā)明精確拼接模塊結(jié)構(gòu)流程圖4是本發(fā)明實(shí)施例合成孔徑聲納系統(tǒng)及成像測(cè)繪帶；
圖5是本發(fā)明實(shí)施例合成孔徑聲納成像坐標(biāo)系；
圖6是本發(fā)明合成孔徑聲納圖像數(shù)據(jù)拼接方法流程圖7是本發(fā)明實(shí)施例聲納圖像之間的線性變換。
具體實(shí)施例方式
本實(shí)施例中，合成孔徑聲納系統(tǒng)為拖曳式，即安裝聲納基陣的水下平臺(tái)(或拖體)與母船之間通過拖纜聯(lián)接。
本實(shí)施例采用的合成孔徑聲納圖像數(shù)據(jù)拼接系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)流程如圖1所示，包括 一系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定模塊，用于根據(jù)實(shí)際需要，設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)，所述系統(tǒng)參數(shù)包括拖纜長(zhǎng)度、測(cè)繪帶寬、最小距離等。 一初步拼接模塊，用于對(duì)待拼接的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行地理信息編碼，進(jìn)行初步拼接，即通過圖像數(shù)據(jù)的地理編碼信息對(duì)帶拼接的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行初步校準(zhǔn)。及一精確拼接模塊，用于利用初步校準(zhǔn)后的圖像數(shù)據(jù)中的特征點(diǎn)和特征線，對(duì)待拼接的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行精確校準(zhǔn)和拼接。
所述初步圖像拼接模塊，其結(jié)構(gòu)流程如圖2所示，包括 一斜距校正模塊，用于將圖像數(shù)據(jù)的成像坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到航跡坐標(biāo)系； 一航跡方向矢量計(jì)算模塊，用于根據(jù)母船的航跡信息計(jì)算拖體的航跡信息； 一地理坐標(biāo)計(jì)算模塊，用于根據(jù)母船的航跡信息與拖體的航跡信息，計(jì)算圖像數(shù)據(jù)中各像素點(diǎn)的地理坐標(biāo)；及一初步校準(zhǔn)模塊，用于根據(jù)圖像數(shù)據(jù)中各像素點(diǎn)的地理坐標(biāo)，對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行地理編碼，得到圖
11像數(shù)據(jù)的地理信息，并利用該地理信息，對(duì)該圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行初步校準(zhǔn)。
所述精確拼接模塊，其結(jié)構(gòu)流程如圖3所示，包括 一旋轉(zhuǎn)量消除模塊，用于
消除所述待拼接的圖像數(shù)據(jù)之間的旋轉(zhuǎn)量。 一平移量消除模塊，用于消除所述待拼
接的圖像數(shù)據(jù)之間的平移量。
本實(shí)施例涉及的坐標(biāo)系情況說明如下。
如圖4所示，合成孔徑聲納系統(tǒng)由母船A和拖體B組成，聲納基陣安裝在拖體B 上，圖4中給出了聲納系統(tǒng)沿航跡方向右側(cè)掃描的實(shí)例，合成孔徑聲納系統(tǒng)掃描測(cè) 繪帶對(duì)應(yīng)的最小距離為^m，掃描測(cè)繪帶的帶寬為^。
圖5則給出了合成孔徑聲納的成像坐標(biāo)系，合成孔徑聲納成像坐標(biāo)系為二維斜 距坐標(biāo)系，假設(shè)對(duì)深度為A的平面進(jìn)行成像，則成像坐標(biāo)系m^i與航跡坐標(biāo)系"^之 間的關(guān)系如式(l)所示。
下面對(duì)聲納圖像地理編碼、聲納圖像拼接步驟進(jìn)行說明。(如圖6)
(1) 輸入系統(tǒng)參數(shù)，包括包括拖纜長(zhǎng)度、測(cè)繪帶寬、最小距離等。
(2) 聲納圖像地理編碼(初步拼接，即通過圖像數(shù)據(jù)的地理編碼信息對(duì)待拼接 的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行初步校準(zhǔn))，如圖2所示。
(21) 斜距校正
如果不考慮高程的因素，地理坐標(biāo)系^W和航跡坐標(biāo)系"y'在同一平面上，因 此合成孔徑聲納圖像進(jìn)行地理編碼之前，需要進(jìn)行成像坐標(biāo)系到航跡坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換， 轉(zhuǎn)換公式如(2)所示。
/ = V,-h2 (2)
拖體B在水下工作，無法接收GPS信息，但母船A上可以接收GPS信息，因此 母船A的航跡信息是己知的。理想工作狀態(tài)下，母船A和拖體B同時(shí)做勻速直線運(yùn) 動(dòng)。在這個(gè)前提下，可以通過母船A的航跡信息推算拖體B的航跡信息。已知母船A 的航跡信息，推算聲納圖像各像素地理坐標(biāo)的方法如下(以目標(biāo)點(diǎn)C為例)。
(22) 計(jì)算航跡方向矢量
假設(shè)各航跡點(diǎn)的坐標(biāo)為《"'，^)，航跡點(diǎn)個(gè)數(shù)為"，合成孔徑聲納航跡的直線 方程為
_y = ox + 6 (3) 航跡直線通過參數(shù)"和參數(shù)6來表征，通過求解方程組(4)可以求解"和6 。、11—》r
1
…1
31
(4)
采用方向矢量表示航跡便于操作，航跡的方向矢量為:
(23) 計(jì)算聲納圖像各象素點(diǎn)地理坐標(biāo) 假設(shè)象素點(diǎn)C距航跡距測(cè)繪帶邊緣的像素?cái)?shù)為 ，像素大小為"，母船A的放
纜長(zhǎng)度為，則根據(jù)式(1)可得目標(biāo)點(diǎn)C至航跡^力的距離如式(6)所示。
"V《-^ ， "din+"c" (6)
假設(shè)象素點(diǎn)C成像時(shí)對(duì)應(yīng)母船A航跡點(diǎn)地理坐標(biāo)為A : "，A)，則象素點(diǎn)C對(duì)應(yīng) 的地理坐標(biāo)由式(7)計(jì)算得出。為了便于推導(dǎo)，下文中均采用向量運(yùn)算，向量實(shí)部表 示坐標(biāo)點(diǎn)橫軸坐標(biāo)，虛部表示坐標(biāo)點(diǎn)縱軸坐標(biāo)
v v v v / ." ,『
Pd-《fe+vx(-'K (7)
(24) 聲納圖像初步校準(zhǔn) 利用式(7)可以計(jì)算合成孔徑聲納圖像任意像素的地理坐標(biāo)，即對(duì)聲納圖像進(jìn)行
地理編碼。經(jīng)過地理編碼后的聲納圖像已經(jīng)具有了地理信息。利用地理信息，可以 對(duì)地理編碼后的聲納圖像進(jìn)行初校準(zhǔn)。經(jīng)過初校準(zhǔn)后，可以大致確定聲納圖像所處 的地理區(qū)域，為聲納圖像拼接做好準(zhǔn)備。 (3)聲納圖像拼接
采用式(7)計(jì)算聲納圖像的地理信息精度受多種因素的影響。在式(7)推導(dǎo)過程 中，假設(shè)母船A和拖體B處在同一直線上。在實(shí)際應(yīng)用中，由于拖體B與母船A之 間的連接為柔性連接，拖體B的位置受水流等多種因素的影響，因此拖體B與母船A 的航跡之間可能會(huì)存在一定的誤差。要獲取拖體B相對(duì)母船A航跡之間精確位置關(guān) 系，需要借助水下高精度的導(dǎo)航傳感器(比如高精度慣導(dǎo)設(shè)備或者聲學(xué)定位設(shè)備)， 這些傳感器的價(jià)格非常昂貴，而且精度受多種因素的影響(如積分時(shí)間等)。為了解 決此問題，提出利用圖像特征對(duì)聲納圖像進(jìn)行精確對(duì)準(zhǔn)。如果不同航次獲取的聲納 圖像之間存在重疊，重疊的聲納圖像特征可以用于聲納圖像的精確對(duì)準(zhǔn)。
從不同角度對(duì)目標(biāo)的合成孔徑聲納成像結(jié)果存在不同，這種不同可以看作是不 同角度聲納圖像之間存在一個(gè)線性變換，這種線性變換包括圖像的旋轉(zhuǎn)和圖像的平
13移。以兩幅不同角度聲納圖像為例，假設(shè)圖像^是角度^獲取的合成孔徑聲納圖像， 圖像/2是角度"2獲取的合成孔徑聲納圖像，理論上如果要獲取71和/2之間的線性變 換，只需要確定^和^中對(duì)應(yīng)的兩個(gè)點(diǎn)即可。如圖7所示，假設(shè)可以確定聲納圖像71 和^之間存在對(duì)應(yīng)的象素點(diǎn)C和象素點(diǎn)"，即圖像^中的象素點(diǎn)^、 A與圖像^中
的象素點(diǎn)q、 "2對(duì)應(yīng)的成像目標(biāo)是相同的，則精確對(duì)準(zhǔn)圖像^和^的步驟如下。如 圖3所示。
(31)根據(jù)象素點(diǎn)q、 A和q、 "H十算方向矢量、和V2，其中
V V
vi 一^ v"
V V
y & — A
V2--^ V"""
(8)
(9)
根據(jù)方向矢量^和V2計(jì)算圖像71和/2之間存在的旋轉(zhuǎn)角0 ，其中
cos^ =《.《2 (10)
根據(jù)旋轉(zhuǎn)角^可以消除聲納圖像71和/2之間存在的旋轉(zhuǎn)量，
(32)根據(jù)象素點(diǎn)G、 Di和q、 "2之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算兩幅圖像之間的平移 量，其中
v v v v
g = ^|^ (13)
根據(jù)平移量AP可以消除聲納圖像Zl和^之間存在的平移量。
1權(quán)利要求
1、一種合成孔徑聲納圖像數(shù)據(jù)拼接系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括一系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定模塊，用于根據(jù)實(shí)際需要，設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)；一初步拼接模塊，用于對(duì)帶拼接的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行地理信息編碼，進(jìn)行初步拼接，即通過圖像數(shù)據(jù)的地理編碼信息對(duì)待拼接的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行初步校準(zhǔn)；及一精確拼接模塊，用于利用初步校準(zhǔn)后的圖像數(shù)據(jù)中的特征點(diǎn)和特征線，對(duì)待拼接的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行精確校準(zhǔn)和拼接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的圖像數(shù)據(jù)拼接系統(tǒng)，其特征在于，所述初步拼接模塊 還包括一斜距校正模塊，用于將圖像數(shù)據(jù)由成像坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到航跡坐標(biāo)系；轉(zhuǎn)換公式 如下一 =//z2 +/2 ; 其中，r是斜距，/是水平距離，/ 是成像深度。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的圖像數(shù)據(jù)拼接系統(tǒng)，其特征在于，所述初步拼接模塊 還包括一航跡方向矢量計(jì)算模塊，用于在航跡坐標(biāo)系中，根據(jù)母船的航跡信息計(jì)算拖 體的航跡信息；合成孔徑聲納航跡的直線方程為^ =欲+ 6;其中，a和6通過下 式求解-<formula>formula see original document page 2</formula>其中，各航跡點(diǎn)的坐標(biāo)為A:(;c,j,)， w為航跡點(diǎn)個(gè)數(shù)； 則航跡的方向矢量為VV =1
4、根據(jù)權(quán)利要求l所述的圖像數(shù)據(jù)拼接系統(tǒng)，其特征在于，所述初步拼接模塊還包括一地理坐標(biāo)計(jì)算模塊，用于根據(jù)母船的航跡信息與拖體的航跡信息，計(jì)算圖像 數(shù)據(jù)中各像素點(diǎn)的地理坐標(biāo)；像素點(diǎn)C至航跡的垂直距離為t :一A ， rc=rmin +其中， 為像素點(diǎn)C沿航跡垂直方向距測(cè)繪帶邊緣的像素?cái)?shù)，J為像素大 小，^min為測(cè)繪帶的最小距離；像素點(diǎn)C對(duì)應(yīng)的地理坐標(biāo)由下式得到其中，A:Oc。,y。)為像素點(diǎn)C成像時(shí)對(duì)應(yīng)母船航跡點(diǎn)的地理坐標(biāo)；/"^為母船的 放纜長(zhǎng)度。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的圖像數(shù)據(jù)拼接系統(tǒng)，其特征在于，所述初步拼接模塊 還包括一初步校準(zhǔn)模塊，用于根據(jù)圖像數(shù)據(jù)中各像素點(diǎn)的地理坐標(biāo)，對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行 地理編碼，得到圖像數(shù)據(jù)的地理信息，并利用該地理信息，對(duì)該圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行初步 校準(zhǔn)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的圖像數(shù)據(jù)拼接系統(tǒng)，其特征在于，所述精確拼接模塊 還包括-一旋轉(zhuǎn)量消除模塊，用于消除所述待拼接的圖像數(shù)據(jù)之間的旋轉(zhuǎn)量； 首先，根據(jù)像素點(diǎn)^、 "i和q、 "2計(jì)算方向矢量^和^;<formula>formula see original document page 3</formula>其中然后，根據(jù)方向矢量V1和V2計(jì)算圖像7i和/2之間存在的旋轉(zhuǎn)角e ;其中<formula>formula see original document page 3</formula>最后，根據(jù)旋轉(zhuǎn)角^消除聲納圖像數(shù)據(jù)7'和/2之間存在的旋轉(zhuǎn)量。
7、根據(jù)權(quán)利要求l所述的圖像數(shù)據(jù)拼接系統(tǒng)，其特征在于，所述精確拼接模塊 還包括一平移量消除模塊，用于消除所述待拼接的圖像數(shù)據(jù)之間的平移量；根據(jù)象素點(diǎn)q、 ^和q、 "2之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算待拼接的圖像數(shù)據(jù)之間的平移量A^，其中<formula>formula see original document page 3</formula>根據(jù)平移量A^消除待拼接的聲納圖像數(shù)據(jù)7l和/2之間存在的平移量。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像數(shù)據(jù)拼接系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)參數(shù)包括: 拖纜長(zhǎng)度、測(cè)繪帶寬、最小距離。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的圖像數(shù)據(jù)拼接系統(tǒng)，其特征在于，所述待拼接的聲納 圖像數(shù)據(jù)是兩幅或者多幅，所述兩幅或者多幅合成孔徑聲納圖像數(shù)據(jù)處于相鄰的地 理位置；所述兩幅或者多幅合成孔徑聲納圖像中的部分或者全部圖像中存在共同的 特征點(diǎn)或特征線。
10、 一種合成孔徑聲納圖像數(shù)據(jù)拼接方法，包括以下步驟(1) 根據(jù)實(shí)際需要，通過系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定模塊，設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)；(2) 初步拼接模塊對(duì)待拼接的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行地理信息編碼，進(jìn)行初步拼接，即 通過圖像數(shù)據(jù)的地理編碼信息對(duì)待拼接的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行初步校準(zhǔn)；(3) 精確拼接模塊利用初步校準(zhǔn)后的圖像數(shù)據(jù)中的特征點(diǎn)和特征線，對(duì)待拼接 的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行精確校準(zhǔn)和拼接。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的圖像數(shù)據(jù)拼接方法，其特征在于，所述步驟(2) 進(jìn)一步包括以下子步驟(21)斜距校正模塊將圖像數(shù)據(jù)由成像坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到航跡坐標(biāo)系；轉(zhuǎn)換公式如下r2 = aM2 +/2 ; 其中，r是斜距，/是水平距離，A是成像深度； (22)航跡方向矢量計(jì)算模塊根據(jù)母船的航跡信息計(jì)算拖體的航跡信息；合成 孔徑聲納航跡的直線方程為y = ^C + 6;其中，fl和6通過下式求解、r-(i…i&i人其中，各航跡點(diǎn)的坐標(biāo)為A:0c,，x)，"為航跡點(diǎn)個(gè)數(shù)； 則航跡的方向矢量為廠 1vV =(23)地理坐標(biāo)計(jì)算模塊根據(jù)母船的航跡信息與拖體的航跡信息，計(jì)算圖像數(shù) 據(jù)中各像素點(diǎn)的地理坐標(biāo)；像素點(diǎn)C至航跡的垂直距離如下其中， 為像素點(diǎn)C沿航跡垂直方向距測(cè)繪帶邊緣的像素?cái)?shù)，d為像素大 小， in為測(cè)繪帶的最小距離；像素點(diǎn)C對(duì)應(yīng)的地理坐標(biāo)由下式得到V V V VPc-A)一v匕他+vx(一K; 其中，A:Oc。j。)為像素點(diǎn)C成像時(shí)對(duì)應(yīng)母船航跡點(diǎn)的地理坐標(biāo)；/。*為母 船的放纜長(zhǎng)度；(24)初步校準(zhǔn)模塊根據(jù)圖像數(shù)據(jù)中各像素點(diǎn)的地理坐標(biāo)，對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行地 理編碼，得到圖像數(shù)據(jù)的地理信息，并利用該地理信息，對(duì)該圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行初步校 準(zhǔn)。
12、根據(jù)權(quán)利要求10所述的圖像數(shù)據(jù)拼接方法，其特征在于，所述步驟(3) 進(jìn)一步包括以下子步驟(31)旋轉(zhuǎn)量消除模塊消除所述待拼接的圖像數(shù)據(jù)之間的旋轉(zhuǎn)量； (311)根據(jù)像素點(diǎn)q、 "i和^、 A計(jì)算方向矢量、和V2;其中V V V VVVV2 =VVp。,，(312) 根據(jù)方向矢量Vi和V2計(jì)算圖像^和72之間存在的旋轉(zhuǎn)角^;其中COSP:、 'V2(313) 根據(jù)旋轉(zhuǎn)角^消除聲納圖像數(shù)據(jù)7i和72之間存在的旋轉(zhuǎn)量； (32)平移量消除模塊消除所述待拼接的圖像數(shù)據(jù)之間的平移量；(321) 根據(jù)象素點(diǎn)q、 "i和q、 "2之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系計(jì)算待拼接的圖像數(shù)據(jù)之 間的平移量A^，其中l(wèi)wuu v v uu uu2(322) 根據(jù)平移量A^消除待拼接的聲納圖像數(shù)據(jù)^和^之間存在的平移量。
13、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的圖像數(shù)據(jù)拼接方法，其特征在于，所述系統(tǒng)參數(shù)包 括拖纜長(zhǎng)度、測(cè)繪帶寬、最小距離。
14、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的圖像數(shù)據(jù)拼接方法，其特征在于，所述待拼接的聲納圖像數(shù)據(jù)是兩幅或者多幅，所述兩幅或者多幅合成孔徑聲納圖像數(shù)據(jù)處于相鄰的 地理位置；所述兩幅或者多幅合成孔徑聲納圖像中的部分或者全部圖像中存在共同 的特征點(diǎn)或特征線。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種合成孔徑聲納圖像數(shù)據(jù)拼接系統(tǒng)及方法。所述系統(tǒng)包括系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定模塊、初步拼接模塊及精確拼接模塊。所述方法包括以下步驟(1)根據(jù)實(shí)際需要，設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)；(2)對(duì)待拼接的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行地理信息編碼，進(jìn)行初步拼接，即通過圖像數(shù)據(jù)的地理編碼信息對(duì)待拼接的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行初步校準(zhǔn)；(3)利用初步校準(zhǔn)后的圖像數(shù)據(jù)中的特征點(diǎn)和特征線，對(duì)待拼接的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行精確校準(zhǔn)和拼接。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明提供的一種合成孔徑聲納圖像數(shù)據(jù)拼接系統(tǒng)及方法同時(shí)利用母船的GPS信息和聲納圖像特征，在拖體不安裝高精度導(dǎo)航設(shè)備的情況下實(shí)現(xiàn)合成孔徑聲納圖像拼接功能，提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性，降低了系統(tǒng)造價(jià)。
文檔編號(hào)G01S7/52GK101650426SQ20081022478
公開日2010年2月17日 申請(qǐng)日期2008年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月26日
發(fā)明者維 劉, 劉紀(jì)元, 張春華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所