《基於區域環境不變性的側掃聲納圖像無縫鑲嵌技術研究》是依託武漢大學，由陶維亮擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於區域環境不變性的側掃聲納圖像無縫鑲嵌技術研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陶維亮
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
側掃聲納鑲嵌圖的質量是拓展其套用的瓶頸。現有的鑲嵌方法在環境干擾、平台非穩定運動、導航信息精度不高的情況下，對圖像畸變、失配等問題的解決存在諸多不足，難以合成高質量的海底地貌圖。側掃聲納圖像鑲嵌技術是一個極具潛力的研究方向。本項目著眼於研究側掃聲納圖像鑲嵌技術，採用條帶圖像特徵匹配和圖像融合的處理思路實現地貌圖像鑲嵌。為有效濾除相干噪聲，提出多尺度邊緣保持濾波算法；為適應非穩定平台運動造成條帶圖像間旋轉、平移、仿射變化，改進SURF算法提取局部不變特徵進行匹配；為解決圖像局部畸變，提出自適應小區域匹配方法；為改正平台運動和海底地形平坦造成圖像的誤配和失配，引入人工智慧理論從圖像反演平台運動參數，輔助檢測誤配點和校正失配圖像；通過融合技術形成信息豐富、色調和諧、幾何精度較高的海底地貌鑲嵌圖，成像效率和圖像質量等指標較大程度優於現有水平；最後利用分形理論建立評價體系，並通過實驗驗證方法有效性。
結題摘要
側掃聲納(SSS)的海底地貌鑲嵌圖的質量是拓展其高精度套用的瓶頸。現有的鑲嵌方法在環境干擾、平台非穩定運動、導航信息精度不高的情況下，對圖像畸變、誤配、失配、接縫線等問題的解決存在諸多不足，難以合成高質量的海底地貌圖。提出新的SSS圖像鑲嵌的處理方法，通過預處理、匹配、聲納平台運動反演、圖像融合等操作，實現穩健、自動化、高精度的SSS圖像鑲嵌。 具體研究包括： 1. 條帶圖像的斑點和條紋噪聲是導致後續匹配操作的誤配和失配的主要原因之一，嚴重影響SSS海底地貌鑲嵌圖的質量。提出了多尺度邊緣保持濾波算法，對SSS條帶圖像進行去噪。首先從圖像的小波係數中提取模極大值，然後計算這些突變點的李氏指數，判斷其信噪性質；再根據其性質對突變點鄰域進行強化或削弱，同時使用相關平移技術糾正漂移誤差。算法可在基本不損失圖像細節信息的前提下明顯提高條帶圖像的信噪比。實驗結果表明，該算法處理的SSS條帶圖像，等效視數31.43，邊緣保持指數達到0.83，綜合指標超過Lee、Frost、小波閾值法等傳統濾波算法； 2. 在SSS條帶圖像鑲嵌處理流程中，相鄰條帶圖像的精確匹配是關鍵步驟之一。為使匹配算法能夠適應平台、環境的隨機變化，本文提出了基於SURF和相似性度量的聯合圖像匹配算法。首先提取局部不變特徵進行粗匹配，再在此基礎上計算兩者的相似性，以此提高匹配的精度；此外，還利用先驗知識對特徵點對的位置和所在尺度進行估計，縮小匹配點對的搜尋範圍，提高算法效率，減少誤配率。實驗表明，聯合匹配算法在匹配消耗時間上大大低於SIFT算法，誤配率0.72，匹配點對的驗證精度小於1.14米； 3. 由於平台隨機運動對SSS成圖的效果影響很大，因此運動補償技術研究對提高聲納成像性能、拓展高精度海洋測繪套用領域具有重要意義。為彌補輔助工具在精度和靈敏度方面的不足，本文提出直接在圖像層面提取相鄰條帶測區之間的匹配關係，引入人工智慧的理論和方法，從中反演側掃聲納水下平台的運動參數。利用建模數據進行實驗，該算法在SSS水下平台運動和姿態的六個自由度參數的反演中，誤差控制在3.3%以內。 4. 對SSS進行上述處理後，修正了平台隨機運動誤差，獲得相鄰條帶圖像準確的匹配關係。利用小波算法將圖像分解到不同頻率區間，對高頻數據和低頻數據依據進行不同的融合處理，使圖像重疊區域的拼接過渡自然，形成高質量的海底地貌鑲嵌圖。
