一種面向側(cè)掃聲納圖像的重采樣方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種側(cè)掃聲納圖像地理編碼方法，具體涉及一種面向側(cè)掃聲納圖像的 重采樣方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 側(cè)掃聲納是運用回聲測深原理探測海底地貌和水下物體的設(shè)備，其利用換能器向 水底發(fā)射聲納，反射后被拖魚接收形成聲納影象來發(fā)現(xiàn)水下物體，接收到的信號通過拖纜 傳到甲板上的顯示處理單元進行后續(xù)處理，它能夠直觀地提供海底形態(tài)的聲成像，因其具 有高精度、高分辨率以及造價較低等優(yōu)點，被廣泛用于海洋測繪、海底地質(zhì)勘探、海洋工程 等領(lǐng)域。原始側(cè)掃聲納圖像是按掃描線順序排列的序列圖像，不具備整體性的地理方位，因 此需要對其進行地理編碼以便進一步的分析和應(yīng)用。重采樣是側(cè)掃聲納數(shù)據(jù)的地理編碼 過程中的重要環(huán)節(jié)，它利用側(cè)掃聲納掃描線和拖魚航跡間的幾何關(guān)系，通過一系列運算實 現(xiàn)原始側(cè)掃聲納數(shù)據(jù)到地理編碼目標圖像像素映射。由于側(cè)掃聲納在進行數(shù)據(jù)采集時，拖 魚因受到海流、潮汐以及船體轉(zhuǎn)彎等影響，其航行軌跡很難使用精確的函數(shù)來抽象，進而導(dǎo) 致重采樣成為一個極其復(fù)雜的非線性計算過程，無法直接利用衛(wèi)星遙感領(lǐng)域中的重采樣方 法。目前，對側(cè)掃聲納數(shù)據(jù)的地理編碼通常采用直接重采樣的方式，即從側(cè)掃聲納數(shù)據(jù)出 發(fā)，利用拖魚航跡與聲納掃描線之間的幾何關(guān)系，將掃描線直接投影到地理編碼目標圖像 中，進而生成帶有地理空間參考的側(cè)掃影像?；谶@種方式進行重采樣后，地理編碼目標圖 像常常會存在縫隙，即相鄰掃描線在投影解算后，其間會產(chǎn)生空白區(qū)域，影響海底實際影像 的顯示效果，這是由于船速不均或船體行進方向改變而導(dǎo)致的。關(guān)于縫隙的消除，通常有兩 種解決方法，一是通過降低重采樣圖像的分辨率來弱化縫隙，但這種方法無法處理縫隙較 大情況，同時容易造成編碼后圖像清晰程度的損失；另一種是通過濾波處理來消除縫隙，但 這種方法需要根據(jù)圖像效果來對整幅影像進行多次濾波運算，計算量較大，且需要人工干 預(yù)，處理過程效率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)不足提供一種面向側(cè)掃聲納圖 像的重采樣方法，該重采樣方法能夠生成具有高空間分辨率的側(cè)掃聲納地理編碼圖像，并 且具有較高的處理效率。
[0004] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種面向側(cè)掃聲納圖像的重采樣 方法，其特征在于：包括如下步驟：
[0005] 步驟一：解析側(cè)掃聲納圖像文件的文件頭信息，獲取側(cè)掃聲納圖像文件中至少以 下兩個屬性參數(shù)：斜距量程R和通道像寬ppc;
[0006] 步驟二：順序讀取側(cè)掃聲納圖像文件中的掃描線數(shù)據(jù)及其對應(yīng)的拖魚高度信息、 接收時間信息和掃描線序號，利用斜距校正模型對獲取的掃描線數(shù)據(jù)進行斜距校正處理， 并將處理結(jié)果存儲至斜距校正文件；
[0007] 步驟三：順序讀取與側(cè)掃聲納圖像文件對應(yīng)的航跡線文件，提取拖魚的航跡點坐 標序列、接收時間序列和事件編號序列，利用側(cè)掃聲納拖魚航跡處理方法，擬合出拖魚實際 的航行軌跡，并計算拖魚在接收每條掃描線數(shù)據(jù)時所處的地理坐標；
[0008] 步驟四：在步驟二和步驟三的基礎(chǔ)上，利用側(cè)掃聲納圖像地理編碼技術(shù)，解算各 掃描線端點的地理坐標，將解算出的各掃描線端點地理坐標存儲至掃描線端點坐標臨時文 件，同時計算該側(cè)掃聲納圖像文件所覆蓋空間的最小外接矩形，記錄該側(cè)掃聲納圖像文件 所覆蓋的空間四至范圍；
[0009] 步驟五：根據(jù)步驟四中計算出的側(cè)掃聲納圖像文件所覆蓋的空間四至范圍和需要 的重采樣分辨率創(chuàng)建側(cè)掃聲納圖像文件的重采樣圖像，并將重采樣圖像中的各像素值初始 化為零；
[0010] 步驟六：順序讀取由步驟二所創(chuàng)建的斜距校正文件中對應(yīng)的掃描線數(shù)據(jù)，取相鄰 兩條掃描線數(shù)據(jù)，同時在步驟四中所創(chuàng)建的掃描線端點坐標臨時文件中順序讀取與該兩條 掃描線相對應(yīng)的掃描線端點坐標，構(gòu)建包含該兩條掃描線的最小外接矩形，然后依據(jù)該矩 形左上角點和右下角點的地理坐標和需要的重采樣分辨率計算該最小外接矩形在重采樣 圖像中對應(yīng)的像素坐標，藉此獲得當前待進行重采樣操作的圖像區(qū)塊；
[0011] 步驟七：對步驟六中獲得圖像區(qū)塊的每一像素進行共輒點解算，并根據(jù)雙線性插 值法確定共輒點的像素值；
[0012]步驟八：返回步驟六，直至掃描線端點坐標臨時文件中所有的記錄處理完畢。[0013] 作為改進，所述步驟二中，利用斜距校正模型對獲取的掃描線數(shù)據(jù)進行斜距校正 處理的具體過程為：
[0014] 首先，將斜距校正后側(cè)掃聲納圖像上所有像素點的像素值初始化為零；
[0015] 然后，找出斜距校正后側(cè)掃聲納圖像上某一個像素點在側(cè)掃聲納圖像文件上的共 輒點，記Pp (Xp，yp)為斜距校正后偵U掃聲納圖像上的某個像素點，其對應(yīng)的掃描線為L，接收 該掃描線時對應(yīng)的拖魚高度為towfishAlt，sidescanRes為原始側(cè)掃聲納圖像文件的分辨 率，利用公式1計算出Pp在側(cè)掃聲納圖像文件上的共輒點Ps(xs，ys);
[0016]
[0017] 最后，將共輒點Ps(xs，ys)在側(cè)掃聲納圖像文件中的像素值賦值給斜距校正后側(cè) 掃聲納圖像上的像素點Pp(xp，yp)。
[0018] 再改進，所述步驟四中，記掃描線L1~Ln的端點地理坐標分別為Psl(xsl，ysl)、 Pel (Xel，^β?)、Ps2 (Xs2, ys2)、Pe2 (Xe2, ^β2)、......Psn (Xsn，Ysn)、Pen (Xen，Yen)，設(shè)Xmin - Π??η {x sl? Xel ? Xs2, Xe2......Xsn，XerJ，Xmax -HiaX{x sl?Xel? Xs2? Xe2......Xsn，XerJ，Υη?η- Π??η{y sl?Jely Js2y Je2...... ysn，y<J，y_=max{ysl，yel，ys2,ye2......ysn，y?J，則側(cè)掃聲納圖像文件所覆蓋空間的最小外 接矩形的四個角點坐標分別為Ptl (x_，y_)、P& (x_，y_)、Pbl (x_，y_)、(x_，y_)，所 述步驟五中，設(shè)resResolution為需要的重采樣影像的分辨率，以Ptl、P&、Pbl、為四至邊 界，創(chuàng)建側(cè)掃聲納圖像文件的重采樣圖像，并將重采樣圖像中的各像素點的像素值設(shè)為零。
[0019] 再改進，所述步驟六中，設(shè)所取相鄰的掃描線為Ll，L2,記其所在斜距校正文件 中的行號分別為Rowl，Row2,其對應(yīng)的掃描線端點地理坐標為Psl(xsl，ysl)、Pel(xel，yel)、 Ps2 (xs2, ys2)和Pe2 (xe2, ye2)，設(shè)slXmin - Klin {x sl, Xel, Xs2j Xe2} j slxmax - max {x sl，Xel，Xs2，Xe2}， slymin=min{ysl，yel，ys2，ye2}，slymax=max{ysl，yel，ys2，ye2}，則包含L1、L2 掃描線的最小外 接矩形四個角點的地理坐標分別為slPtl(slxmin，slymax)、slP&(slx_，slymax)、slPbl(slxmin， slymin)、slPbr(slxmax，slymin)，該外接矩開多在重采樣圖像中所對應(yīng)的高度Height、寬度Width 及其左上角點的像素坐標P"(xst"t，ystaJ由公式2計算獲得；
[002C
[0021] 再改進，所述步驟七中，以Psl (xsl，ysl)、Pel (xel，yel)、Ps2 (xs2,ys2)和Pe2 (xe2,ye2)為 角點，構(gòu)建凸四邊形PslP^\2Ps2，對圖像區(qū)塊中的像素逐一進行共輒點解算的具體步驟如 下：當圖像區(qū)塊中的任意一像素點，記其在圖像區(qū)塊中的像素坐標為Pd(xd，yd)，首先利用公 式3將Pd點像素坐標轉(zhuǎn)為對應(yīng)的地理坐標Pdg(xdg，ydg)，利用矢量差積法判斷該像素點與凸 四邊形的空間位置關(guān)系，如Pdg(xdg，ydg)不在凸四邊形內(nèi)或在四條邊線上，則繼續(xù)處理下一 像素，否則計算求出該像素點Pdg與掃描線段Ll、L2的最短距離，設(shè)Pdg與L1的最短距離為 D1，計算獲得D1所在直線與L1的交點為Pegl (xegl，yegl)，設(shè)Pdg與L2的最短距離為D2,計算 獲得D2所在直線與L2的交點為(xeg2,y@)，利用公式4計算得出像素點Pd在斜距校正文 件中共輒點的四鄰域像素坐標Pncl(xnt:1，Rowl)、Pnc2(xn(：2,Rowl)、Pnc3(xnt:3,Row2)和Pnc4(xnc4， Row2)，最后利用雙線性插值方法來確定像素點匕的像素值。（注：雙線性差值過程中y方 向上的權(quán)重由D1、D2確定）；
[0022]
[0023]
[0024] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：以地理空間坐標為參照，通過對側(cè)掃聲納掃 描線與重采樣點間的空間幾何關(guān)系進行分析，建立重采樣圖像中的像素與側(cè)掃聲納數(shù)據(jù)的 解算關(guān)系，使側(cè)掃聲納數(shù)據(jù)的地理編碼可以通過間接重采樣來實現(xiàn)，且能夠有效消除側(cè)掃 聲納數(shù)據(jù)在地理編碼過程中產(chǎn)生的各類縫隙，為獲取清晰連續(xù)的海底影像供了途徑；同時 該方法在具體的實現(xiàn)機制中，能夠支持分批讀取、局部處理和矢量計算，有助于將側(cè)掃聲納 數(shù)據(jù)的間接重采樣簡化為線性運算，進而提高側(cè)掃聲納數(shù)據(jù)地理編碼的處理效率。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發(fā)明