侧扫声呐图像的三维重构
发布时间：2021-05-21 15:55
随着各国海洋开发战略不断向深海远海推进,各种海洋活动对海底地形探测的质量和分辨率以及水下目标物的精细化探测提出了更高的要求。现阶段在海洋测绘中用于探测海底表面地形以及目标物的声学测量系统主要有单波束、多波束测深系统以及侧扫声呐系统。单波束测深系统探测需要密集测线,测量效率低、成本高;相较于单波束,多波束每次探测可同时获取整条测线上的测深数据,测量效率高,但随着水深增加,测深点间距随之增大,单位面积内测点分辨率快速下降,因而难以获取高分辨率海底地形及目标物。与测深系统相比,侧扫声呐可在相同扫幅宽度下获得远高于测深系统分辨率的海底声学图像,在深海区也可以采用拖曳方式贴近海底获得高分辨率海底地貌图像。尽管侧扫声呐受其测量机理的制约不能直接获取海底地形深度信息及目标物的高度信息,但侧扫声呐图像中隐含了大量的地形或目标物高度信息。本论文借助图像三维重构技术,挖掘侧扫声呐图像中的三维信息以获取更加丰富的地形及目标物细节信息,为水下高分辨率、精细化探测提供一种全新的途径。论文具体研究内容及贡献如下:侧扫声呐图像预处理研究。针对现有侧扫声呐图像存在的辐射畸变、几何畸变和噪声突出等问题,论文给出了 一套...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 侧扫声呐图像三维重构研究方法综述
1.2.1 阴影恢复高度法
1.2.2 立体视觉恢复形状法
1.2.3 明暗恢复形状方法
1.3 论文研究内容及章节安排
1.3.1 论文的研究内容
1.3.2 论文的章节安排
1.4 本章小结
2 侧扫声呐原始文件格式解析
2.1 侧扫声呐探测原理
2.2 侧扫声呐原始文件格式
2.2.1 XTF文件格式
2.2.2 DVS文件格式
2.3 侧扫声呐数据解析软件系统
2.4 本章小结
3 侧扫声呐图像数据预处理
3.1 海底线检测
3.2 增益补偿
3.2.1 平均振幅增益补偿
3.2.2 平均灰度增益补偿
3.2.3 自动增益补偿
3.3 几何校正
3.3.1 斜距改正
3.3.2 航迹处理
3.3.3 地理编码
3.4 本章小结
4 基于阴影信息的水下目标物三维重构
4.1 二维亮度图生成
4.1.1 目标物提取
4.1.2 伪彩色处理
4.2 二维高度图生成
4.3 坐标系转换
4.4 三维点云图像生成
4.4.1 点云数据获取算法实现
4.4.2 点云图像结果与分析
4.5 本章小结
5 基于SFS法的侧扫声呐图像三维重构
5.1 海底表面反射模型
5.1.1 Torrance-Sparrow模型
5.1.2 后向散射系数模型
5.1.3 朗伯模型
5.2 SFS最小化法实现
5.2.1 迭代优化算法
5.2.2 随机梯度下降算法
5.3 实验结果分析
5.3.1 水下地形图像的三维重构
5.3.2 水下目标物图像的三维重构
5.4 本章小结
6 总结与展望
6.1 论文总结
6.2 主要创新点
6.3 未来展望
参考文献
攻读硕士学位期间的主要研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]多波束合成孔径声呐技术研究进展[J]. 李海森,魏波,杜伟东. 测绘学报. 2017(10)
[2]一种针对侧扫声纳图像的数字镶嵌技术方法[J]. 郭军,马桂云,马金凤,王爱学,易锋,冯强强. 测绘工程. 2017(06)
[3]海洋侧扫声呐探测技术的发展及应用[J]. 李冬,刘雷,张永合. 港口经济. 2017(06)
[4]侧扫声呐图像反演海底地形的一种线性算法[J]. 赵建虎,尚晓东,张红梅. 哈尔滨工业大学学报. 2017(05)
[5]单波束水深约束的侧扫声呐图像三维微地形反演[J]. 王爱学,赵建虎,尚晓东,张红梅. 哈尔滨工程大学学报. 2017(05)
[6]水深数据约束下的声呐图像海底地形恢复方法[J]. 赵建虎,尚晓东,张红梅. 中国矿业大学学报. 2017(02)
[7]侧扫声呐条带数据处理及其无缝成图[J]. 王爱学,张红梅,王晓,尚晓东. 测绘地理信息. 2017(01)
[8]精密海洋测量与数据处理技术及其应用进展[J]. 赵建虎,王爱学. 海洋测绘. 2015(06)
[9]侧扫声纳标准数据存储格式制定及应用[J]. 孔敏,程永寿,田先德,刘志杰,余佳. 北京测绘. 2015(03)
[10]C3D及其与传统侧扫声纳的比较[J]. 张济博,潘国富,苟诤慷,丁维凤,蒋维杰. 海洋测绘. 2013(05)
博士论文
[1]图像边缘检测技术及其应用研究[D]. 曾俊.华中科技大学 2011
硕士论文
[1]侧扫声呐图像镶嵌与分割关键技术研究[D]. 许剑.东华理工大学 2017
[2]深度学习算法研究[D]. 杨强鹏.南京大学 2015
[3]侧扫声呐目标探测及噪声抑制方法分析[D]. 王玉峰.中国地质大学(北京) 2015
[4]测深侧扫声纳关键技术研究[D]. 杨玉春.中国舰船研究院 2014
[5]基于Kinect的3D室内场景重建框架设计与实现[D]. 杨鑫.西安电子科技大学 2014
[6]超声内镜数字成像系统[D]. 李亚楠.天津大学 2014
[7]图像高斯噪声及椒盐噪声去噪算法研究[D]. 孙海英.复旦大学 2012
本文编号：3199980
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 侧扫声呐图像三维重构研究方法综述
1.2.1 阴影恢复高度法
1.2.2 立体视觉恢复形状法
1.2.3 明暗恢复形状方法
1.3 论文研究内容及章节安排
1.3.1 论文的研究内容
1.3.2 论文的章节安排
1.4 本章小结
2 侧扫声呐原始文件格式解析
2.1 侧扫声呐探测原理
2.2 侧扫声呐原始文件格式
2.2.1 XTF文件格式
2.2.2 DVS文件格式
2.3 侧扫声呐数据解析软件系统
2.4 本章小结
3 侧扫声呐图像数据预处理
3.1 海底线检测
3.2 增益补偿
3.2.1 平均振幅增益补偿
3.2.2 平均灰度增益补偿
3.2.3 自动增益补偿
3.3 几何校正
3.3.1 斜距改正
3.3.2 航迹处理
3.3.3 地理编码
3.4 本章小结
4 基于阴影信息的水下目标物三维重构
4.1 二维亮度图生成
4.1.1 目标物提取
4.1.2 伪彩色处理
4.2 二维高度图生成
4.3 坐标系转换
4.4 三维点云图像生成
4.4.1 点云数据获取算法实现
4.4.2 点云图像结果与分析
4.5 本章小结
5 基于SFS法的侧扫声呐图像三维重构
5.1 海底表面反射模型
5.1.1 Torrance-Sparrow模型
5.1.2 后向散射系数模型
5.1.3 朗伯模型
5.2 SFS最小化法实现
5.2.1 迭代优化算法
5.2.2 随机梯度下降算法
5.3 实验结果分析
5.3.1 水下地形图像的三维重构
5.3.2 水下目标物图像的三维重构
5.4 本章小结
6 总结与展望
6.1 论文总结
6.2 主要创新点
6.3 未来展望
参考文献
攻读硕士学位期间的主要研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]多波束合成孔径声呐技术研究进展[J]. 李海森,魏波,杜伟东. 测绘学报. 2017(10)
[2]一种针对侧扫声纳图像的数字镶嵌技术方法[J]. 郭军,马桂云,马金凤,王爱学,易锋,冯强强. 测绘工程. 2017(06)
[3]海洋侧扫声呐探测技术的发展及应用[J]. 李冬,刘雷,张永合. 港口经济. 2017(06)
[4]侧扫声呐图像反演海底地形的一种线性算法[J]. 赵建虎,尚晓东,张红梅. 哈尔滨工业大学学报. 2017(05)
[5]单波束水深约束的侧扫声呐图像三维微地形反演[J]. 王爱学,赵建虎,尚晓东,张红梅. 哈尔滨工程大学学报. 2017(05)
[6]水深数据约束下的声呐图像海底地形恢复方法[J]. 赵建虎,尚晓东,张红梅. 中国矿业大学学报. 2017(02)
[7]侧扫声呐条带数据处理及其无缝成图[J]. 王爱学,张红梅,王晓,尚晓东. 测绘地理信息. 2017(01)
[8]精密海洋测量与数据处理技术及其应用进展[J]. 赵建虎,王爱学. 海洋测绘. 2015(06)
[9]侧扫声纳标准数据存储格式制定及应用[J]. 孔敏,程永寿,田先德,刘志杰,余佳. 北京测绘. 2015(03)
[10]C3D及其与传统侧扫声纳的比较[J]. 张济博,潘国富,苟诤慷,丁维凤,蒋维杰. 海洋测绘. 2013(05)
博士论文
[1]图像边缘检测技术及其应用研究[D]. 曾俊.华中科技大学 2011
硕士论文
[1]侧扫声呐图像镶嵌与分割关键技术研究[D]. 许剑.东华理工大学 2017
[2]深度学习算法研究[D]. 杨强鹏.南京大学 2015
[3]侧扫声呐目标探测及噪声抑制方法分析[D]. 王玉峰.中国地质大学(北京) 2015
[4]测深侧扫声纳关键技术研究[D]. 杨玉春.中国舰船研究院 2014
[5]基于Kinect的3D室内场景重建框架设计与实现[D]. 杨鑫.西安电子科技大学 2014
[6]超声内镜数字成像系统[D]. 李亚楠.天津大学 2014
[7]图像高斯噪声及椒盐噪声去噪算法研究[D]. 孙海英.复旦大学 2012
本文编号：3199980
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