一种基于多项式拟合的侧扫声呐镶嵌成图方法及系统与流程

本发明涉及声纳成像，更具体的说是涉及一种基于多项式拟合的侧扫声呐镶嵌成图方法及系统。

背景技术：

1、侧扫声呐作为一种高精度、高效率的水下探测技术，广泛应用于海底地貌特征研究、海底底质识别、水下考古、海洋工程等领域。其工作原理是通过换能器向海底发射脉冲声信号，当波束到达海底后发生后向散射，系统记录返回的波束及其回波强度数据。这些数据经过校正处理、几何改正、地理编码等步骤，最终形成能够反映海底地貌特征的声呐影像图。

2、在侧扫声呐测量过程中，每一个扫描数据(ping)都作为一个单元成像。然而，当测量过程中航向抖动较大时，这些单元图像在高分辨率镶嵌(拼接)过程中容易出现扇形叠加效应。具体表现为，相邻的扫描条带在拼接时可能出现空隙不连续或交叉叠加的现象，这不仅影响了图像的视觉效果，更重要的是导致无法准确显示海底影像特征，从而影响海底地貌的分析和解释。

3、为了克服这一问题，现有技术主要采用基于空间几何变换的方法进行图像拼接，但这种方法在处理复杂海底环境和大范围航向抖动时效果有限。因此，如何能够解决侧扫声呐图像在镶嵌过程中的扇形叠加效应，提高图像的连续性和一致性是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种基于多项式拟合的侧扫声呐镶嵌成图方法及系统，克服了上述缺陷。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于多项式拟合的侧扫声呐镶嵌成图方法，具体步骤为：

4、获取原始数据，并对所述原始数据进行解码和特征提取，提取特征包括：采样信息、时间数据、定位数据、姿态数据和回波强度数据；

5、根据所述时间数据和所述回波强度数据构建瀑布图；

6、根据所述定位数据判断所述原始数据中原始航迹点是否被共用，若是，则采用插值法对所述原始航迹点进行插值处理，获得更新航迹点数据；

7、对所述姿态数据进行多项式拟合获得更新航向值；

8、基于所述更新航迹点数据和所述更新航向值计算各个采样点的坐标；

9、将所述瀑布图按照各个所述采样点的坐标进行排列，形成侧扫声呐镶嵌图。

10、可选地，所述瀑布图构建前，还需对所述回波强度数据进行预处理。

11、可选地，所述更新航向值的获取步骤为：

12、基于所述姿态数据读取所述原始数据中各个扫描数据的航向，形成多个一维数组；

13、对多个所述一维数据进行序号添加，构成多个所述二维数组；

14、基于多个所述二维数组利用多项式回归算法获得所述更新航向值。

15、可选地，所述多项式回归算法的表达式为：

16、f(x)＝m0xn+m1xn-1+m2xn-2+m3xn-3+...+mn；

17、式中，x为序号；mn为第n个拟合后系数；n为多项式中最大的指数。

18、可选地，所述采样点的坐标的获取步骤为：

19、获取各个所述扫描数据的所述更新航迹点数据和所述更新航向值；

20、根据所述更新航向值确定航行方向和航向角度；

21、根据所述采样信息计算各个所述扫描数据的最大平距值；

22、根据所述航行方向、所述航向角度、所述采样信息和所述最大平距值计算各个所述采样点的坐标。

23、可选地，所述航向角度的计算公式为：

24、

25、式中，α为航向角度；heading为更新航向值。

26、可选地，所述最大平距值的计算公式为：

27、

28、式中，srmax为最大斜距值；h为仪器距底高度。

29、可选地，还包括地理编码，具体步骤为：

30、基于像素分辨率和地理编码矩形，计算图像尺寸；

31、根据所述图像尺寸和各个所述采样点的坐标计算各个所述采样点在所述地理编码矩形中的像素点坐标。

32、可选地，所述像素点坐标的计算公式为：

33、wi＝(xi-xlt)/res

34、hi＝(yi-yrb)/res；

35、式中，xi为采样点x坐标；xlt为左上角x坐标；yi为采样点y坐标；yrb为右下角y坐标；res为像素分辨率。

36、一种基于多项式拟合的侧扫声呐镶嵌成图系统，包括：

37、解码模块，用于获取原始数据，并对所述原始数据进行解码和特征提取，提取特征包括：采样信息、时间数据、定位数据、姿态数据和回波强度数据；

38、瀑布图构建模块，用于根据所述时间数据和所述回波强度数据构建瀑布图；

39、航迹点更新模块，用于根据所述定位数据判断所述原始数据中原始航迹点是否被共用，若是，则采用插值法对所述原始航迹点进行插值处理，获得更新航迹点数据；

40、航向更新模块，用于对所述姿态数据进行多项式拟合获得更新航向值；

41、采样点坐标计算模块，用于根据所述更新航迹点数据和所述更新航向值计算各个采样点的坐标；

42、声呐镶嵌图生成模块，用于将所述瀑布图按照各个所述采样点的坐标进行排列，形成侧扫声呐镶嵌图。

43、经由上述的技术方案可知，本发明公开提供了一种基于多项式拟合的侧扫声呐镶嵌成图方法及系统，与现有技术相比，具有以下有益效果：

44、(1)本发明在侧扫声呐数据处理中增加了航向拟合算法，解决了镶嵌图制作过程由于航向抖动出现的缝隙及交叉重叠现象；

45、(2)本发明计算方法简便，可操作性强，通过校正姿态数据明显提升了成图效果；

46、(3)本发明对多种格式的侧扫声呐数据均有较好的处理效果。

技术特征：

1.一种基于多项式拟合的侧扫声呐镶嵌成图方法，其特征在于，具体步骤为：

2.根据权利要求1所述的一种基于多项式拟合的侧扫声呐镶嵌成图方法，其特征在于，所述瀑布图构建前，还需对所述回波强度数据进行预处理。

3.根据权利要求1所述的一种基于多项式拟合的侧扫声呐镶嵌成图方法，其特征在于，所述更新航向值的获取步骤为：

4.根据权利要求3所述的一种基于多项式拟合的侧扫声呐镶嵌成图方法，其特征在于，所述多项式回归算法的表达式为：

5.根据权利要求3所述的一种基于多项式拟合的侧扫声呐镶嵌成图方法，其特征在于，所述采样点的坐标的获取步骤为：

6.根据权利要求5所述的一种基于多项式拟合的侧扫声呐镶嵌成图方法，其特征在于，所述航向角度的计算公式为：

7.根据权利要求5所述的一种基于多项式拟合的侧扫声呐镶嵌成图方法，其特征在于，所述最大平距值的计算公式为：

8.根据权利要求1所述的一种基于多项式拟合的侧扫声呐镶嵌成图方法，其特征在于，还包括地理编码，具体步骤为：

9.根据权利要求8所述的一种基于多项式拟合的侧扫声呐镶嵌成图方法，其特征在于，所述像素点坐标的计算公式为：

10.一种基于多项式拟合的侧扫声呐镶嵌成图系统，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种基于多项式拟合的侧扫声呐镶嵌成图方法及系统，涉及声纳成像技术领域，具体步骤为：获取原始数据，并对原始数据进行解码和特征提取；根据时间数据和回波强度数据构建瀑布图；根据定位数据判断原始数据中原始航迹点是否被共用，若是，则采用插值法对原始航迹点进行插值处理，获得更新航迹点数据；对姿态数据进行多项式拟合获得更新航向值；基于更新航迹点数据和更新航向值计算各个采样点的坐标；将瀑布图按照各个采样点的坐标进行排列，形成侧扫声呐镶嵌图。本发明在侧扫声呐数据处理中增加了航向拟合算法，解决了镶嵌图制作过程由于航向抖动出现的缝隙及交叉重叠现象。

技术研发人员：孔敏,杨锦坤,郎诚,王风帆,田先德,刘志杰,刘玉龙,余佳,韦广昊
受保护的技术使用者：国家海洋信息中心
技术研发日：
技术公布日：2025/2/20