前视声纳图像的实时拼接方法和系统

摘要

本发明涉及一种前视声纳图像的拼接方法和系统。本方法是通过安装在船体上云台的姿态信息、船体的姿态传感器信息以及差分GPS信息，计算出每一声纳图像对应到惯性坐标系统下的坐标。然后将不同位置的声纳图像根据大地坐标下的位置，结合相邻图像之间的相关性计算出坐标变换矩阵，将图像投影在一个平面内；最后通过灰度拉伸，调整声纳图像亮度，在重叠区域采用双线形的插值，实现重叠区域的融合。这种拼接方法可实时的将小视角的单幅前视声纳图像拼接为一个大范围的声纳图像，扩大了观测的视野，方便了水下目标的观测。另外，由于在声纳匹配中添加了GPS信息，拼接的声纳图像可以直接用于水下目标尺寸的测量和水下导航。

主权项

一种前视声纳图像的实时拼接方法，其特征在于拼接步骤是：a.将GPS(3)、姿态传感器(2)以及云台(4)安装在船上；云台(4)安装在船头的支架上，其水平旋转面与船甲板面平行，旋转中心线在船体中轴线上，GPS(3)安装在船体中心位置，姿态传感器(2)安装位置要保证其中心线与船体中轴线重合。云台控制器(7)和计算机(8)放置在船上，计算机(8)通过串口(6)连接云台控制器(7)、姿态传感器(2)和GPS(3)，并通过网络(9)网线连接前视视声纳(5)；b.启动计算机(8)、GPS(3)、姿态传感器(2)、云台(4)、前视声纳(5)；检查各部数据链路通讯是否正常；c.通过计算机(8)控制云台(4)在探测范围内运动；d.同时获取各个传感器信息数据，包括以下四种传感器信息；●从串口(6)读取云台(4)反馈的姿态信息；●从串口(6)读取姿态传感器(2)发送的船体姿态信息；●从串口(6)读取GPS(3)信息；●从网络(9)读取前视声纳(5)的回波信息；e.根据前视声纳回波信号的强度将声纳信息恢复为声纳的灰度图象；f.通过灰度拉伸将当前的声纳图像亮度调整到与拼接后图像亮度达到一致；由于信号增益的不同，以及声波回波强度的变化，可能会造成不同时间下采集的声纳图像亮度有所不同，因此采用了图像灰度拉伸的方法将亮度调整一致；g.通过所述四种传感器信息，经过坐标变换计算出当前声纳图像变换到大地坐标下的变换矩阵T；这里的大地坐标也就是拼接后图像的坐标系；h.根据该变换矩阵T，得到大地坐标系投影平面的每个像素点与当前声纳图像中像素点的变换关系；如果当前声纳图像与在大地坐标系投影平面的图像中有重叠的部分，那么在重叠区域中通过图像灰度相关法搜索最佳的匹配点；通过四对以上新的匹配点重新计算出变换矩阵T′，并将图像映射到大地坐标投影的图像中，即拼接后的图像中；i.通过融合算法使图像重叠部分融合，并在产生空洞处采用双线形插值的方法将图像补齐；j.重复步骤c～步骤I，即实现了前视声纳图像的拼接。