，同樣可以獲得直線L2表達(dá)式A2 · x+B2 · y+C2 = 0,計算Ll和L2的 交點Q坐標(biāo)值
，進(jìn)而根據(jù)點i+1和點Q的坐標(biāo)，采 用分段式定比公式得到點P的坐標(biāo)值
這里選擇λ = 0.5， 獲得的P點坐標(biāo)值賦給航跡點i+1，成為新的坐標(biāo)值。
[0039] 2推算拖體軌跡航向角:定義(WD，JD)表示為拖體航跡點的煒/經(jīng)度值，將一定時間 跨度內(nèi)航跡點經(jīng)煒度的差值(dy，dx)作反正切變換，得到軌跡航向角度Θ，公式推導(dǎo)如下： [0040] dy= AWD · 1852 = (WDnew-WD0Id) · 1852
[0041 ] dx= Δ JD · 1852 · cos(WD〇id/60/180*3i) = (JDnew-JDoid) · cos(WD〇id/60/180*3i) · 1852
[0042] 軌跡航向角：9=arctan2(abs(dx/dy))
[0043] 3補(bǔ)償拖體固定橫滾角:獲取同步記錄的傳感器輸出值，進(jìn)行統(tǒng)計平均后得到固定 橫滾角度值γ。
[0044] 4聲速誤差:采用聲速梯度儀測量獲得作業(yè)海域的聲速變化值，進(jìn)行修正。
[0045] 5縮放圖像二維尺度:在三維圖像體數(shù)據(jù)的走航和方位維進(jìn)行二維尺度縮放處理， 選用線性插值處理，處理后的三維圖像體數(shù)據(jù)在走航和方位維圖像尺度值一致。
[0046] 6海底平面經(jīng)煒度:將三維圖像體數(shù)據(jù)劃分為若干個波束角度下的二維圖像數(shù)據(jù) 的組合。利用聲納拖體位置，不同波束角度α、固定橫滾角γ、拖體軌跡航向角Θ和海底界面 回波斜距sra(修正聲速誤差后），通過波束振幅投影獲得該波束覆蓋海底區(qū)域的參考平距R (a) = sra · cos(a-y )，由水平掃描線與軌跡航向垂直的關(guān)系得到水平掃描線角度
[0047] 定義拖體在離散的空間航跡點處經(jīng)煒度坐標(biāo)值JCU，則不同波束角度下 海底界面位置的經(jīng)煒度值(WD1aJD1a),其中正負(fù)號代表海底界面位于拖體的左側(cè)或者右 側(cè)。
[0049] 7笛卡爾空間直角坐標(biāo)系編碼:將三維圖像體數(shù)據(jù)變換到笛卡爾空間直角坐標(biāo)系 中，坐標(biāo)系原點統(tǒng)一為走航起始截面與左邊波束方位角的相交位置，沿著走航方向為X軸正 向，右邊波束方位角方向為y軸正向，深度方向為z軸正向。將步驟6中計算出的海底平面的 經(jīng)煒度值對應(yīng)到XOY平面坐標(biāo)值中，并建立圖像數(shù)據(jù)在XOZ平面的Z軸坐標(biāo)值，最終所有的三 維圖像體數(shù)據(jù)點均具備三維空間坐標(biāo)位置和灰度值信息，即M(x，y，z)=ff。
[0050] 102)多維匹配及地理編碼校準(zhǔn)
[0051]選取多測線下重疊區(qū)域圖像，獲取圖像顯著特征，主要包括兩類:一類是圖像中包 含有水中或海底的線纜、溝壑、管道等具有連續(xù)分布型目標(biāo)。另一類是包含有水中、海底、地 層中的強(qiáng)反射目標(biāo)或者長條型規(guī)則目標(biāo)；
[0052]獲取圖像顯著特征在不同圖像體數(shù)據(jù)中的走航-深度二維切片圖，根據(jù)圖像特征， 得到目標(biāo)在不同切片圖中的深度匹配位置zl，z2,并計算出深度維校準(zhǔn)值ΔΖ = Ζ1-ζ2。 [0053]獲取圖像顯著特征在不同圖像體數(shù)據(jù)中走航-方位二維切片圖，完成目標(biāo)走航-方 位維位置匹配，圖像體數(shù)據(jù)沿著Z軸方向投影，得到平面直角XOY坐標(biāo)系，獲取目標(biāo)長軸在平 面直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)值，建立直線模型y = k · x+b，分別計算出直線表達(dá)式y(tǒng) = ki · x+bi和y =k2 · x+b2,折算出角度旋轉(zhuǎn)量Δ QitarT1 · !?-tarT1 · ki。并選取不同的切片圖中目標(biāo)長軸 中間位置點坐標(biāo)(11，71)，（以，72)，計算出兩點之間距離：
連線與X軸的夾角：
得到平移量 在X/Y軸上的投影分量值g= Ad · c〇s〇，h= Ad · sino,根據(jù)角度旋轉(zhuǎn)量和平移分量，得到 走航-方位維校準(zhǔn)值：
[0055] Δ x = g+X · cos( Δ θ)-γ · sin( Δ θ)
[0056] Δ y = h+X · sin( Δ Θ)+Υ · cos( Δ θ)
[0057]完成對應(yīng)測線下三維圖像體數(shù)據(jù)在笛卡爾空間直角坐標(biāo)系中地理編碼校準(zhǔn)：
[0058] Μ(χ+Δ x，y+Δ y，ζ+Δ z) =ff
[0059] 103)圖像體數(shù)據(jù)拼接融合
[0060] 不同測線下的三維圖像數(shù)據(jù)根據(jù)地理編碼進(jìn)行拼接，重疊區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)采用了 灰度值取大法融合。
[0061] 選取兩條測線的三維圖像數(shù)據(jù)，水中存在小球目標(biāo)，水底有沉重塊，三維圖像數(shù)據(jù) 的俯視結(jié)果如圖3所示。
[0062]每條測線數(shù)據(jù)經(jīng)過三維空間位置地理編碼后，選取水中小球作為匹配對準(zhǔn)的目 標(biāo)，通過對不同測線下的小球的走航-深度維圖像切片分析，進(jìn)行深度校準(zhǔn)，結(jié)果如圖4所 不。
[0063] 對不同測線下水中小球目標(biāo)深度維匹配，進(jìn)行三維空間位置地理編碼校準(zhǔn)后拼接 如圖5所示，藍(lán)色部分為海水，水中黃色目標(biāo)為小球，海底黃色目標(biāo)為配重石塊，水中小球放 大圖中無虛影，沉底目標(biāo)幾何形狀規(guī)整，目標(biāo)在走航、方位和深度維位置基本重合。
[0064] 在海上布設(shè)掩埋氯氣瓶目標(biāo)，目標(biāo)直徑0.5米，長度2.0米，掩埋深度約1.0米，選取 兩條測線以不同航向穿越掩埋目標(biāo)區(qū)，生成的三維圖像數(shù)據(jù)經(jīng)三維空間位置地理編碼后直 接拼接結(jié)果如圖6所示，目標(biāo)在深度、方位上均無法重合，目標(biāo)輪廓特征模糊，不利于目標(biāo)判 讀。
[0065] 選取不同測線的掩埋目標(biāo)的走航-深度切片圖進(jìn)行深度匹配，選取走航-方位切片 圖進(jìn)行走航-方位維的配準(zhǔn)如圖7所示，對應(yīng)的角度Q 1 = -37.65°和02 = -67.55°，角度旋轉(zhuǎn)量 Δ θ = θι-θ2 = 30.1° 〇
[0066] 經(jīng)過地理編碼和多維匹配校準(zhǔn)后的三維圖像數(shù)據(jù)的拼接結(jié)果如圖8所示，目標(biāo)在 深度和方位維上基本重合，可有效判讀出目標(biāo)的三維輪廓特征。
[0067] 除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其他實施方式，凡采用等同替換或等效變換形 成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種基于地理編碼和多維校準(zhǔn)的三維圖像拼接方法，其特征在于：首先通過拖體位 置推算、聲納參數(shù)修正進(jìn)行聲納圖像體數(shù)據(jù)的三維空間位置地理編碼，然后對多測線重疊 區(qū)域圖像選取走航-深度維切片，通過圖像特征匹配，獲取深度維的平移量;選取走航-方位 維切片，通過目標(biāo)長軸圖像特征計算平移量和角度旋轉(zhuǎn)量，最后通過三維空間位置地理編 碼的多維校準(zhǔn)，實現(xiàn)多維校準(zhǔn)的三維圖像拼接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于地理編碼和多維校準(zhǔn)的三維圖像拼接方法，其特征在于： 三維空間位置地理編碼中，推算聲納拖體位置，修正拖體的軌跡航向角、固定橫滾角度、聲 速誤差，調(diào)整聲納圖像二維尺度，得到不同測線下三維圖像體數(shù)據(jù)在笛卡爾空間直角坐標(biāo) 系下的地理編碼。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于地理編碼和多維校準(zhǔn)的三維圖像拼接方法，首先通過拖體位置推算、聲納參數(shù)修正進(jìn)行聲納圖像體數(shù)據(jù)的三維空間位置地理編碼，然后對多測線重疊區(qū)域圖像選取走航-深度維切片，通過圖像特征匹配，獲取深度維的平移量；選取走航-方位維切片，通過目標(biāo)長軸圖像特征計算平移量和角度旋轉(zhuǎn)量，最后通過三維空間位置地理編碼的多維校準(zhǔn)，實現(xiàn)多維校準(zhǔn)的三維圖像拼接。本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明針對聲納平臺生成的、含四維信息(走航位置、方位位置、深度位置、反射強(qiáng)度值)的三維圖像體數(shù)據(jù)拼接處理，創(chuàng)新性提出了一種基于地理編碼和多維校準(zhǔn)的三維圖像拼接方法。
【IPC分類】G06T19/20, G06T7/00, G01S15/89, G01S15/88
【公開號】CN105488852
【申請?zhí)枴緾N201510980826
【發(fā)明人】朱必波, 蘆俊, 薛歡歡, 叢衛(wèi)華, 蔣富勤, 汲夏, 傅翔毅
【申請人】中國船舶重工集團(tuán)公司第七一五研究所
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年12月23日