多波束图像声纳中扇形变换的快速实现方法

摘要

本发明提供的是一种多波束图像声纳中扇形变换的快速实现方法。多波束图像声纳一般利用发射换能器辐射出声信号，通过接收换能器接收目标回波，回波数据经过波束形成处理获得目标场景图像，图像是以极坐标形式输出的，扇形变换模块则用于将极坐标声图像转化为直角坐标声图像，以符合视觉惯，便于供声纳员进行目标信息判读。该方法使得基于波束形成的图像声纳在实现扇形变换时，FPGA等硬件无需繁琐的三角或反三角函数运算，能够很大程度提高扇形变换的实时性。(1)确定用于显示直角坐标声图像的显示器分辨率；(2)根据图像声纳实际水平和垂直距离范围，计算直角坐标图像水平和垂直距离分辨率；(3)根据直角坐标图像某点的横纵坐标值，计算该点对应的极坐标横纵坐标值；(4)根据波束形成原理获得该点的极坐标横纵坐标索引值；(5)极坐标图像存储在存储器中，按照极坐标的横纵坐标索引值读取相应像素幅值，并赋值给直角坐标对应位置；(6)完成直角坐标系下每一点与极坐标的映射，获得直角坐标声图像。

主权项

多波束图像声纳中扇形变换的快速实现方法，使得基于波束形成的图像声纳在实现扇形变换时，FPGA无需繁琐的三角或反三角函数运算，能够很大程度提高扇形变换的实时性；其特征是：（1）确定用来显示直角坐标声图像的显示器分辨率M×N；（2）根据图像声纳实际水平和垂直距离范围，计算直角坐标图像水平距离分辨率Δx和垂直距离分辨率Δy；（3）根据某点的直角坐标横纵坐标值x=x_index×Δx,y=y_index×Δy，其中x_index和y_index是直角坐标索引值，计算该点对应的极坐标横纵坐标值 sin θ = x x 2 + y 2 = x _ index × Δx ( x _ index × Δx ) 2 + ( y _ index × Δy ) 2 r = x 2 + y 2 = ( x _ index × Δx ) 2 + ( y _ index × Δy ) 2 ; （4）根据波束形成原理获得极坐标横纵坐标 sin θ = 2 π ( 0 : nn - 1 ) nn · λ 2 πd = λ d ( 0 : nn - 1 ) nn r = 0 : c 2 f s : cT 2 , 其中λ为信号波长，d为等间隔直线基阵阵元间隔,0,1,…,nn‑1为极坐标横坐标索引值，fs为时域波形采样率，c为声速，T为采集时长，结合步骤（3）的计算式，极坐标横纵坐标索引值为 θ _ index = x _ index × Δx ( x _ index × Δx ) 2 + ( y _ index × Δy ) 2 d · nn λ 0 ≤ x _ index < M r _ index = 2 f s c ( x _ index × Δx ) 2 + ( y _ index × Δy ) 2 0 ≤ y _ index < ; （5）极坐标图像存储在存储器中，按照极坐标的横纵坐标索引值θ_index和r_index读取相应像素幅值，并赋值给直角坐标对应位置；（6）完成直角坐标系下每一点与极坐标的映射，获得直角坐标声图像。