CN106023075A - 一种干涉合成孔径声纳图像的处理和拼接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种干涉合成孔径声纳图像的处理和拼接方法，该方法包括：对接收到的回波数据在方位向上进行分块，并对分块后的原始数据进行干涉信号处理，得到有效成像区域的幅度和高程，最后对连续的幅度块和高程块在方位向上按照时间顺序进行拼接和显示。本发明处理方法简单，由于数据拼接过程中，是针对每一小块二维和三维图像生成颜色信息，因此拼接后的大块幅度数据块内部信息对比度强，不同成像块之间分界明显。拼接过程没有改变原始高程数据，只是根据高程值生成颜色信息，拼接后的高程数据，不同块之间过渡平滑，体现高程变化的连续性好。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理，具体地指一种干涉合成孔径声纳图像的处理和拼接方法，属于干涉合成孔径声纳图像处理领域。
背景技术
干涉合成孔径声纳(InSAS)是在合成孔径声纳基础上增加一幅(或多幅)接收基阵，通过比相测高的方法得到场景的高度信息，从而得到场景的三维图像。InSAS兼备了合成孔径声纳分辨率与成像距离和工作频率无关的优点和干涉测深精度高的优点，可以用于海底测量、水下考古、海底石油勘探和搜寻水下失落物体等，也能提高水雷的识别能力，它通过对接收到的原始回波数据分块，然后进行干涉处理，最后将结果(包括成像区域的幅度和高程)显示出来。但是，为了显示大幅成像区域的处理结果，需要对图像进行拼接，目前，国内还没有研究干涉合成孔径声纳处理结果的拼接问题，如何展示干涉合成孔径声纳的处理结果，包括幅度和高程，需要寻找一种简单易行的方法。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种干涉合成孔径声纳图像的处理和拼接方法，该方法能够解决大块干涉合成孔径声纳信号处理结果(包括幅度和高程)的拼接和显示问题。
为实现本发明目的采用的技术方案是一种干涉合成孔径声纳图像的处理和拼接方法，该方法包括：
对接收到的回波数据在方位向上进行分块，并对分块后的原始数据进行干涉信号处理，得到有效成像区域的幅度和高程，最后对连续的幅度块和高程块在方位向上按照时间顺序进行拼接和显示。
在上述技术方案中，所述对接收到的回波数据在方位向上进行分块包括：根据系统设置参数，包括阵元长度、波长和与成像中心的距离，获得成像距离上的合成孔径长度，将分块大小设置为M倍的合成孔径长度，相邻块之间的重叠大小设置为1个合成孔径长度。
在上述技术方案中，所述干涉信号处理包括合成孔径成像、干涉图生成、相位滤波、相位解缠和数字高程模型重建，获得成像区域的幅度和高程。
在上述技术方案中，对经过干涉处理获得的幅度和高程需要在方位向的两端各裁减1/2个合成孔径长度，以实现块与块之间的无缝拼接；对于n幅连续的幅度块，先根据调色板法生成各自的颜色，然后按照时间顺序进行排列，对于n幅连续的高程块，先按照时间顺序进行排列，然后根据JET调色板生成对应的颜色，并根据采样参数计算其空间位置坐标，在三维软件中进行显示。
在上述技术方案中，根据调色板生成颜色信息的方法如下：
调色板的取值范围为[0,1]，x∈[0,1]，x对应的颜色为Color(x)，对于数据块A，其最大值和最小值分别为Max和Min，则点A(i,j)对应的颜色信息
进一步地，在根据调色板生成对应的幅度和高程数据块的颜色信息时，进行直方图归一化、数据降噪的数字图像处理方法来优化生成的颜色信息。
本发明的优点在于：其处理方法简单，由于数据拼接过程中，是针对每一小块二维和三维图像生成颜色信息，因此拼接后的大块幅度数据块内部信息对比度强，不同成像块之间分界明显。拼接过程没有改变原始高程数据，只是根据高程值生成颜色信息，拼接后的高程数据，不同块之间过渡平滑，体现高程变化的连续性好。
附图说明
图1为本发明干涉合成孔径声纳图像的处理和拼接方法流程图。
图2为分块和干涉处理的示意图。
图3为幅度和高程的拼接示意图。
图4为幅度图像拼接结果(先生成图像，再拼接图像，拼接结果中不同数据块图像对比度强)。
图5为幅度图像拼接结果(先数据拼接，再生成图像，可有效消除数据块之间的颜色跳变)。
图6为高程拼接结果。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明干涉合成孔径声纳图像的处理和拼接方法的流程如图1所示，包括以下步骤：
S100、根据干涉合成孔径声纳系统参数，波长λ、阵元长度D和最远成像距离R，计算成像距离上的合成孔径长度并将原始回波数据在方位向上按照M倍的合成孔径长度进行分块，M≥2。将分块大小设置为M倍的合成孔径长度主要受计算机处理能力限制，至少需要2个合成孔径长度数据。相邻块重叠大小的设置综合考虑简化拼接过程和提高信号处理效率，将其设置为1个合成孔径长度。
S200、对于分块后主、辅接收阵在同一时刻所获取的两块原始回波数据进行干涉信号处理，干涉信号处理包括：合成孔径成像、干涉图生成、相位滤波、相位解缠和数字高程模型重建，获得成像区域的幅度和高程。
上述步骤中，分块和干涉处理的过程如图2所示。
S300、将干涉处理后获得成像区域的幅度和高程在方位向上各裁剪1/2个合成孔径长度，获取有效成像区域的幅度和高程。由于相邻数据块重叠为1个合成孔径长度，因此裁剪1/2个合成孔径长度后才能保持成像结果的连续性。
S400、对于有效成像区域的幅度和高程采用不同方法进行拼接，拼接过程如图3所示。
对于幅度的拼接，先根据调色板生成成像块对应的颜色信息，再将连续的n个幅度块按照时间顺序在方位向上进行拼接。
先生成图像，再拼接图像，拼接结果如图4所示，拼接结果中不同数据块图像对比度强。先数据拼接，再生成图像，拼接结果如图5所示，有效消除数据块之间的颜色跳变。
对于高程的拼接，先将连续的n个高程块按照时间顺序在方位向上进行拼接，再根据调色板生成对应的颜色信息，拼接结果如图6所示。拼接数据块数n的选择主要受计算机性能的限制，但n必须大于等于2。
S500、根据调色板生成颜色信息的方法如下：假设调色板的取值范围为[0,1]，x∈[0,1]，x对应的颜色为Color(x)。对于数据块A，其最大值和最小值分别为Max和Min，则点A(i,j)对应的颜色信息
作为本发明的一种优选实施方式，在上述根据调色板生成对应的幅度和高程数据块的颜色信息时，进行直方图归一化、数据降噪的数字图像处理方法来优化生成的颜色信息。
Claims (6)
1.一种干涉合成孔径声纳图像的处理和拼接方法，其特征在于：对接收到的回波数据在方位向上进行分块，并对分块后的原始数据进行干涉信号处理，得到有效成像区域的幅度和高程，最后对连续的幅度块和高程块在方位向上按照时间顺序进行拼接和显示。
2.根据权利要求1所述干涉合成孔径声纳图像的处理和拼接方法，其特征在于，所述对接收到的回波数据在方位向上进行分块包括：根据系统设置参数，包括阵元长度、波长和与成像中心的距离，获得成像距离上的合成孔径长度，将分块大小设置为M倍的合成孔径长度，相邻块之间的重叠大小设置为1个合成孔径长度。
3.根据权利要求1所述干涉合成孔径声纳图像的处理和拼接方法，其特征在于：所述干涉信号处理包括合成孔径成像、干涉图生成、相位滤波、相位解缠和数字高程模型重建，获得成像区域的幅度和高程。
4.根据权利要求1所述干涉合成孔径声纳图像的处理和拼接方法，其特征在于：对经过干涉处理获得的幅度和高程需要在方位向的两端各裁减1/2个合成孔径长度，以实现块与块之间的无缝拼接；对于n幅连续的幅度块，先根据调色板法生成各自的颜色，然后按照时间顺序进行排列，对于n幅连续的高程块，先按照时间顺序进行排列，然后根据JET调色板生成对应的颜色，并根据采样参数计算其空间位置坐标，在三维软件中进行显示。
5.根据权利要求4所述干涉合成孔径声纳图像的处理和拼接方法，其特征在于根据调色板生成颜色信息的方法如下：
调色板的取值范围为[0,1]，x∈[0,1]，x对应的颜色为Color(x)，对于数据块A，其最大值和最小值分别为Max和Min，则点A(i,j)对应的颜色信息
6.根据权利要求4或5所述的干涉合成孔径声纳图像的处理和拼接方法，其特征在于：在根据调色板生成对应的幅度和高程数据块的颜色信息时，进行直方图归一化、数据降噪的数字图像处理方法来优化生成的颜色信息。
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