声呐数据与可见光图像融合方法研究
发布时间：2021-01-28 15:15
随着国民经济的快速发展,涉海活动逐步增多,海洋运输中船舶吨位不断增大,船舶遇险以及沉船事件发生的概率也随之增加。为了保障航道安全、保护海洋环境及降低经济损失,提升大吨位沉船整体打捞能力就具有极其重要的意义。因此利用现代化探测技术准确测量沉船姿态及损伤状态是沉船打捞成功率的重要保证。本课题来源于交通运输部建设科技项目“大吨位沉船整体打捞探测、起浮技术及装备”,主要任务是探测沉船在海底的立体姿态与表面损伤状态,其关键技术是将沉船三维立体点云与可见光图像融合得到复合的三维立体模型,从而确定沉船姿态和损伤状态,为打捞方案的制定提供技术支撑。本文的研究内容主要包括:用三维声呐采集沉船表面的信息,通过坐标转换将获得的声呐数据、姿态数据以及定位数据生成水下沉船的三维立体点云;通过对水下低照度摄像机的标定,得到相机的内参数矩阵;利用摄影测量学中的共线方程,结合三维立体点云和可见光图像的姿态以及定位数据,确定三维立体点云与可见光图像之间的坐标关系;基于OpenGL实现沉船三维立体点云与可见光图像的融合。为了验证本文声呐数据与可见光图像融合方法的有效性,在港池进行水下特定目标探测实验,得到水下目标的三维立...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?Ｅｃｈｏｓｃｏｐｅ声呐探测沉船和坦克??Ｆｉｇ．?１．１?Ｅｃｈｏｓｃｏｐｅ?ｓｏｎａｒ?ｆｏｒ?ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ?ｓｕｎｋｅｎ?ｓｈｉｐｓ?ａｎｄ?ｔａｎｋｓ??
?声呐数据与可见光图像融合方法研宄???１．２国内外研究现状??１．２．１三维声呐与水下光学成像??（１）三维声呐??在水下目标探测中，主要通过声学探测设备来进行，如多波束声呐１７Ｐ］、三维成??像声呐等水下探测设备。在进行水下探测时，三维成像声呐可同时获取目标的距离、??水平度和垂直度等信息。并且水下目标的轮廓可以更加清晰地显示出来。基于这些优势，??人们可以通过更多的细节描述确定水下目标的特征，以及对它做出合理的判断。这也是??检测水下细部结构最先进的方式｜１１］。??当今世界上先进的三维声卩内主要包括：英国Ｃｏｄａ?Ｏｃｔｏｐｕｓ公司的Ｅｃｈｏｓｃｏｐｅ声卩内和??美国Ｂｌｕｅ?Ｖｉｅｗ公司研制的ＢＶ５０００型声卩内。其中，通过Ｅｃｈｏｓｃｏｐｅ三维声卩内探测水下??沉船和坦克，得到的效果如图１．１所示。图１．２为ＢＶ５０００型三维声呐对沉船探测的结??果。??图１．１?Ｅｃｈｏｓｃｏｐｅ声呐探测沉船和坦克??Ｆｉｇ．?１．１?Ｅｃｈｏｓｃｏｐｅ?ｓｏｎａｒ?ｆｏｒ?ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ?ｓｕｎｋｅｎ?ｓｈｉｐｓ?ａｎｄ?ｔａｎｋｓ???????ＩＭＨＷＢ??ｌ！?５??图１．２?Ｂｌｕｅ?Ｖｉｅｗ声呐探测沉船??Ｆｉｇ．?１．２?Ｔｈｅ?ｒｅｓｕｌｔｓ?ｏｆ?Ｂｌｕｅ?Ｖｉｅｗ?ｓｏｎａｒ?ｄｅｔｅｃｔ?ｔｈｅ?ｗｒｅｃｋ??－２?－??
始数据。在国外研究中，美国的??Ｗｅｓｔｉｎｇｈｏｕｓｅ研制的ＳＭ２０００型同步探测系统｜２３］，能够对海底地貌进行实时成像。挪威??科技工业大学对图像进行分割等操作，该图像是由两台相机拍摄得到，最后利用特征点??匹配完成对水下管道的跟踪［２４１。２０１２年４月，美国国家研宄人员刊登了一组关于泰坦??尼克号的水下图片，该系列图片是三个深潜机器人拍摄得到，将大量声纳与光学图像拼??合而成，通过该系列图片，首次向世界展示了泰坦尼克号主船体以及沉没地周围情况的??详细信息［２５，２６］。如图１．３所示为泰坦尼克号残骸，这幅光学图是２０１０年由著名的美国伍??兹霍尔研宄所探险时拍摄的３００张高清图像合成的。??图１．３泰坦尼克号残骸??Ｆｉｇ．?１．３?Ｔｉｔａｎｉｃ?ｗｒｅｃｋ??由以上研宄中，可以知道三维声呐成像ｔ２７］与光学成像［２８，２９１均各自具有其不可替代的??优势，因此，在水下目标探测中，声呐三维立体点云与可见光图像的融合将成为研宄??的热门。??１．?２．?２声呐三维点云与可见光图像融合??在点云与可见光图像融合方面，多是用激光扫描仪或激光成像雷达对目标物进行扫??描得到点云模型［３（），３］１，同时利用相机在不同位置对目标物进行拍摄。通过建立三维点云??中每个点到二维平面像素点之间的对应关系，从而将激光点云与可见光图像融合，在计??算机上得到目标的三维形貌。??在国外研究中，美国的ＬｅｖｏｙＭ．等人利用激光对雕塑进行扫描得到三维点云，将得??－４?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]三维声呐成像系统在防波堤水下安装块石中的运用[J]. 胡金龙,邓居勇. 水运工程. 2019(01)
[2]海水探测光学成像技术进展[J]. 唐茂勇,李响. 民营科技. 2018(05)
[3]水中气体目标的多波束声呐成像与检测算法[J]. 蒲定,张万远,郭骏,李东洋,王佳. 应用科技. 2017(05)
[4]三维声呐在水下沉船姿态探测中的应用[J]. 隋海琛. 水道港口. 2016(05)
[5]浅谈RESON SeaBat7125多波束在航道测量中的应用[J]. 唐国民. 中国水运.航道科技. 2016(04)
[6]三维成像声纳在水下工程中的应用研究[J]. 程显皓,骆承树. 科技创新与应用. 2016(06)
[7]中国海上救助船舶:发展海洋经济的重要保障[J]. 周国平. 中国战略新兴产业. 2015(13)
[8]三维全景成像声呐系统在水下细部结构检测中的应用[J]. 杨志,王建中,范红霞,朱立俊,洪思远. 水电能源科学. 2015(06)
[9]高效的沉船打捞技术分析[J]. 张伟,蔄耀辉. 液压气动与密封. 2014(10)
[10]海底三维声学图像实时处理系统设计[J]. 李志华,李秋峦. 海洋工程. 2014(04)
硕士论文
[1]基于激光和超声的水下目标探测方法研究[D]. 万广南.哈尔滨工业大学 2017
[2]基于激光点云与图像信息融合的三维场景重建[D]. 刘倩倩.大连理工大学 2016
[3]水下声学正视成像的稀疏基阵优化与设计[D]. 黄兆宇.南京信息工程大学 2016
[4]机载激光点云与CCD影像数据的融合技术研究及实现[D]. 徐勇.华南理工大学 2014
[5]基于SIFT算法的激光成像雷达点云图像与可见光图像的融合研究[D]. 李知达.西安电子科技大学 2014
[6]基于LiDAR散乱点云的长城遗址三维模型构建[D]. 王斌.哈尔滨工业大学 2013
[7]三维激光扫描技术中纹理图像与点云的配准[D]. 胡戬.南京理工大学 2009
本文编号：3005219
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?Ｅｃｈｏｓｃｏｐｅ声呐探测沉船和坦克??Ｆｉｇ．?１．１?Ｅｃｈｏｓｃｏｐｅ?ｓｏｎａｒ?ｆｏｒ?ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ?ｓｕｎｋｅｎ?ｓｈｉｐｓ?ａｎｄ?ｔａｎｋｓ??
?声呐数据与可见光图像融合方法研宄???１．２国内外研究现状??１．２．１三维声呐与水下光学成像??（１）三维声呐??在水下目标探测中，主要通过声学探测设备来进行，如多波束声呐１７Ｐ］、三维成??像声呐等水下探测设备。在进行水下探测时，三维成像声呐可同时获取目标的距离、??水平度和垂直度等信息。并且水下目标的轮廓可以更加清晰地显示出来。基于这些优势，??人们可以通过更多的细节描述确定水下目标的特征，以及对它做出合理的判断。这也是??检测水下细部结构最先进的方式｜１１］。??当今世界上先进的三维声卩内主要包括：英国Ｃｏｄａ?Ｏｃｔｏｐｕｓ公司的Ｅｃｈｏｓｃｏｐｅ声卩内和??美国Ｂｌｕｅ?Ｖｉｅｗ公司研制的ＢＶ５０００型声卩内。其中，通过Ｅｃｈｏｓｃｏｐｅ三维声卩内探测水下??沉船和坦克，得到的效果如图１．１所示。图１．２为ＢＶ５０００型三维声呐对沉船探测的结??果。??图１．１?Ｅｃｈｏｓｃｏｐｅ声呐探测沉船和坦克??Ｆｉｇ．?１．１?Ｅｃｈｏｓｃｏｐｅ?ｓｏｎａｒ?ｆｏｒ?ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ?ｓｕｎｋｅｎ?ｓｈｉｐｓ?ａｎｄ?ｔａｎｋｓ???????ＩＭＨＷＢ??ｌ！?５??图１．２?Ｂｌｕｅ?Ｖｉｅｗ声呐探测沉船??Ｆｉｇ．?１．２?Ｔｈｅ?ｒｅｓｕｌｔｓ?ｏｆ?Ｂｌｕｅ?Ｖｉｅｗ?ｓｏｎａｒ?ｄｅｔｅｃｔ?ｔｈｅ?ｗｒｅｃｋ??－２?－??
始数据。在国外研究中，美国的??Ｗｅｓｔｉｎｇｈｏｕｓｅ研制的ＳＭ２０００型同步探测系统｜２３］，能够对海底地貌进行实时成像。挪威??科技工业大学对图像进行分割等操作，该图像是由两台相机拍摄得到，最后利用特征点??匹配完成对水下管道的跟踪［２４１。２０１２年４月，美国国家研宄人员刊登了一组关于泰坦??尼克号的水下图片，该系列图片是三个深潜机器人拍摄得到，将大量声纳与光学图像拼??合而成，通过该系列图片，首次向世界展示了泰坦尼克号主船体以及沉没地周围情况的??详细信息［２５，２６］。如图１．３所示为泰坦尼克号残骸，这幅光学图是２０１０年由著名的美国伍??兹霍尔研宄所探险时拍摄的３００张高清图像合成的。??图１．３泰坦尼克号残骸??Ｆｉｇ．?１．３?Ｔｉｔａｎｉｃ?ｗｒｅｃｋ??由以上研宄中，可以知道三维声呐成像ｔ２７］与光学成像［２８，２９１均各自具有其不可替代的??优势，因此，在水下目标探测中，声呐三维立体点云与可见光图像的融合将成为研宄??的热门。??１．?２．?２声呐三维点云与可见光图像融合??在点云与可见光图像融合方面，多是用激光扫描仪或激光成像雷达对目标物进行扫??描得到点云模型［３（），３］１，同时利用相机在不同位置对目标物进行拍摄。通过建立三维点云??中每个点到二维平面像素点之间的对应关系，从而将激光点云与可见光图像融合，在计??算机上得到目标的三维形貌。??在国外研究中，美国的ＬｅｖｏｙＭ．等人利用激光对雕塑进行扫描得到三维点云，将得??－４?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]三维声呐成像系统在防波堤水下安装块石中的运用[J]. 胡金龙,邓居勇. 水运工程. 2019(01)
[2]海水探测光学成像技术进展[J]. 唐茂勇,李响. 民营科技. 2018(05)
[3]水中气体目标的多波束声呐成像与检测算法[J]. 蒲定,张万远,郭骏,李东洋,王佳. 应用科技. 2017(05)
[4]三维声呐在水下沉船姿态探测中的应用[J]. 隋海琛. 水道港口. 2016(05)
[5]浅谈RESON SeaBat7125多波束在航道测量中的应用[J]. 唐国民. 中国水运.航道科技. 2016(04)
[6]三维成像声纳在水下工程中的应用研究[J]. 程显皓,骆承树. 科技创新与应用. 2016(06)
[7]中国海上救助船舶:发展海洋经济的重要保障[J]. 周国平. 中国战略新兴产业. 2015(13)
[8]三维全景成像声呐系统在水下细部结构检测中的应用[J]. 杨志,王建中,范红霞,朱立俊,洪思远. 水电能源科学. 2015(06)
[9]高效的沉船打捞技术分析[J]. 张伟,蔄耀辉. 液压气动与密封. 2014(10)
[10]海底三维声学图像实时处理系统设计[J]. 李志华,李秋峦. 海洋工程. 2014(04)
硕士论文
[1]基于激光和超声的水下目标探测方法研究[D]. 万广南.哈尔滨工业大学 2017
[2]基于激光点云与图像信息融合的三维场景重建[D]. 刘倩倩.大连理工大学 2016
[3]水下声学正视成像的稀疏基阵优化与设计[D]. 黄兆宇.南京信息工程大学 2016
[4]机载激光点云与CCD影像数据的融合技术研究及实现[D]. 徐勇.华南理工大学 2014
[5]基于SIFT算法的激光成像雷达点云图像与可见光图像的融合研究[D]. 李知达.西安电子科技大学 2014
[6]基于LiDAR散乱点云的长城遗址三维模型构建[D]. 王斌.哈尔滨工业大学 2013
[7]三维激光扫描技术中纹理图像与点云的配准[D]. 胡戬.南京理工大学 2009
本文编号：3005219
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