目錄
叢書序
自序
第1章　成像聲吶概述 1
1.1　成像聲吶的種類 1
1.1.1　前視聲吶 1
1.1.2　側(cè)掃聲吶 3
1.1.3　多波束測深聲吶 4
1.2　成像聲吶的應(yīng)用領(lǐng)域 5
1.3　典型成像聲吶產(chǎn)品及主要參數(shù) 8
1.3.1　前視聲吶 8
1.3.2　側(cè)掃聲吶 13
1.3.3　多波束測深聲吶 16
參考文獻(xiàn) 17
第2章　成像聲吶的數(shù)據(jù)處理 18
2.1　聲吶數(shù)據(jù)的可視化 18
2.1.1　回波強(qiáng)度數(shù)據(jù)的可視化 18
2.1.2　聲吶點(diǎn)云數(shù)據(jù)的可視化 24
2.2　聲吶圖像的預(yù)處理 25
2.2.1　聲吶圖像的灰度變換增強(qiáng) 26
2.2.2　圖像降噪 27
2.3　基于聲吶圖像的目標(biāo)檢測 29
2.3.1　基于高階統(tǒng)計量的聲吶目標(biāo)檢測方法 30
2.3.2　基于頻域方向模板的聲吶目標(biāo)檢測方法 32
2.3.3　基于點(diǎn)聚集特性的聲吶目標(biāo)串聯(lián)檢測方法 35
參考文獻(xiàn) 36
第3章　海底聲吶圖像的匹配與運(yùn)動參數(shù)估計 38
3.1　聲吶圖像與聲吶坐標(biāo)系 38
3.2　基于聲圖像的聲吶運(yùn)動模型 41
3.2.1　聲吶圖像二維運(yùn)動模型 42
3.2.2　聲吶圖像三維運(yùn)動模型 43
3.2.3　波束圖像三維運(yùn)動模型 46
3.3　聲吶運(yùn)動參數(shù)的估計理論 47
3.3.1　單純旋轉(zhuǎn) 47
3.3.2　單純平移 49
3.3.3　一般運(yùn)動 51
3.3.4　波束圖像上的運(yùn)動參數(shù)估計 53
3.4　聲吶圖像匹配與參數(shù)估計模型 55
3.5　匹配問題的構(gòu)建與求解 57
3.5.1　構(gòu)建匹配的最優(yōu)化問題 57
3.5.2　匹配問題的快速求解 59
3.6　綜合實(shí)驗(yàn) 62
3.6.1　水池綜合實(shí)驗(yàn)場景的構(gòu)建 62
3.6.2　實(shí)驗(yàn)的設(shè)計思想與方法 62
3.6.3　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 64
參考文獻(xiàn) 67
第4章　鄰近幀前視聲吶圖像配準(zhǔn)算法 68
4.1　圖像拼接和圖像配準(zhǔn) 68
4.1.1　圖像拼接 68
4.1.2　圖像配準(zhǔn)算法概述 69
4.2　前視聲吶圖像配準(zhǔn)模型與問題分析 72
4.3　一種有效的前視聲吶圖像配準(zhǔn)算法 73
4.3.1　前視聲吶圖像平移參數(shù)的計算 73
4.3.2　前視聲吶原始數(shù)據(jù)估計旋轉(zhuǎn)角度 77
4.3.3　由映射函數(shù)選擇配準(zhǔn)區(qū)域 79
4.3.4　前視聲吶配準(zhǔn)算法 82
4.4　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 83
4.4.1　僅有旋轉(zhuǎn)關(guān)系的前視聲吶圖像配準(zhǔn) 83
4.4.2　帶有旋轉(zhuǎn)和平移運(yùn)動的聲吶圖像配準(zhǔn) 86
參考文獻(xiàn) 89
第5章　前視聲吶圖像序列全局比對 91
5.1　位姿的非線性優(yōu)化 92
5.1.1　極大似然過程 92
5.1.2　最小二乘問題 93
5.1.3　非線性優(yōu)化方法 94
5.2　位姿圖優(yōu)化 95
5.3　前視聲吶圖像序列位姿圖構(gòu)建 97
5.3.1　頂點(diǎn)和邊的確定 97
5.3.2　信息矩陣的確定 98
5.3.3　圖像序列位姿初始化 99
5.4　基于線狀結(jié)構(gòu)的閉環(huán)限制 99
5.4.1　閉環(huán)誤配問題 99
5.4.2　基于線狀結(jié)構(gòu)的閉環(huán)圖像配準(zhǔn) 100
5.5　位姿的非線性優(yōu)化 105
5.5.1　閉環(huán)配準(zhǔn)結(jié)果 105
5.5.2　位姿圖優(yōu)化的結(jié)果 107
參考文獻(xiàn) 109
第6章　前視聲吶圖像融合技術(shù) 110
6.1　非下采樣輪廓波變換 110
6.1.1　NSPFB和NSDFB 111
6.1.2　濾波器設(shè)計和實(shí)現(xiàn) 114
6.2　結(jié)合變換域與空間域的分步式聲吶圖像融合算法 116
6.2.1　前視聲吶圖像對比度增強(qiáng) 116
6.2.2　前視聲吶圖像的變換域初融合 117
6.2.3　前視聲吶圖像的空間域再融合 120
6.3　前視聲吶圖像融合實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 122
6.3.1　圖像融合的客觀標(biāo)準(zhǔn) 122
6.3.2　前視聲吶圖像融合實(shí)驗(yàn)結(jié)果 123
6.4　序列圖像拼接實(shí)驗(yàn) 130
6.4.1　沒有位移的前視聲吶圖像序列拼接 130
6.4.2　結(jié)合航跡信息的前視聲吶圖像序列拼接 132
6.4.3　帶有閉合路徑的前視聲吶圖像序列拼接 134
參考文獻(xiàn) 137
第7章　基于聲吶圖像的小起伏水下地形匹配方法 138
7.1　自主水下機(jī)器人導(dǎo)航技術(shù) 138
7.2　水下地形地貌匹配定位技術(shù) 140
7.2.1　水下地形匹配技術(shù)研究現(xiàn)狀 140
7.2.2　水下地貌匹配技術(shù)研究現(xiàn)狀 143
7.2.3　水下地形適配性分析技術(shù)研究現(xiàn)狀 146
7.3　水下地形圖像的加權(quán)組合特征 148
7.3.1　水下地形數(shù)據(jù)的圖像表示及其特征分析 148
7.3.2　水下地形圖像的紋理特征 149
7.3.3　地形統(tǒng)計特征參數(shù) 152
7.3.4　組合特征向量的構(gòu)建 154
7.4　基于加權(quán)組合特征的水下地形匹配方法湖試數(shù)據(jù)處理 155
7.4.1　匹配實(shí)驗(yàn)一：噪聲影響 156
7.4.2　匹配實(shí)驗(yàn)二：旋轉(zhuǎn)影響 159
7.4.3　匹配實(shí)驗(yàn)三：實(shí)時圖尺寸影響 161
7.4.4　匹配實(shí)驗(yàn)四：與TERCOM方法對比 164
7.5　水下地形圖像的邊緣角點(diǎn)直方圖特征 166
7.5.1　邊緣復(fù)雜度 167
7.5.2　邊緣角點(diǎn)和邊緣角點(diǎn)復(fù)雜度 168
7.5.3　邊緣角點(diǎn)直方圖 169
7.6　基于邊緣角點(diǎn)直方圖的水下地形匹配定位方法湖試數(shù)據(jù)處理 170
7.6.1　匹配實(shí)驗(yàn)一：噪聲影響 171
7.6.2　匹配實(shí)驗(yàn)二：實(shí)時圖尺寸影響 174
7.6.3　匹配實(shí)驗(yàn)三：旋轉(zhuǎn)影響 176
7.7　基于深度學(xué)習(xí)算法的水下地形匹配 180
7.7.1　影響海底地形匹配定位性能的關(guān)鍵因素分析 180
7.7.2　水下地形數(shù)據(jù)樣本集 182
7.7.3　網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 186
7.8　基于深度學(xué)習(xí)算法的水下地形匹配定位方法湖試數(shù)據(jù)處理 188
7.8.1　匹配實(shí)驗(yàn)一：噪聲影響 189
7.8.2　匹配實(shí)驗(yàn)二：實(shí)時圖特征區(qū)分度影響 192
7.8.3　匹配實(shí)驗(yàn)三：旋轉(zhuǎn)影響 194
7.8.4　匹配實(shí)驗(yàn)四：地形分辨率影響 196
參考文獻(xiàn) 199
第8章　水下地形適配性的圖像分析方法 204
8.1　水下地形圖像適配性的模糊判決方法 204
8.1.1　水下地形圖像適配性參數(shù) 204
8.1.2　水下地形適配性模糊判決法 209
8.2　模糊判決法的湖試數(shù)據(jù)處理 211
8.3　水下地形圖像適配區(qū)漸進(jìn)式選擇方法 213
8.3.1　多波束地形圖像的適配尺度分析 213
8.3.2　地形圖像的特征選擇 216
8.3.3　適配區(qū)漸進(jìn)式選擇方法 218
8.4　多波束測深湖試數(shù)據(jù)處理 219
參考文獻(xiàn) 223
第9章　基于側(cè)掃聲吶的地貌圖像匹配定位與航向估計方法 224
9.1　水下地貌圖像匹配定位的可行性分析 224
9.2　分辨率對準(zhǔn) 225
9.3　水下地貌圖像匹配定位方法 226
9.3.1　特征選擇 226
9.3.2　模板形狀選擇 228
9.3.3　相似性測度 229
9.3.4　湖試數(shù)據(jù)匹配實(shí)驗(yàn) 230
9.4　航向估計方法 232
9.4.1　旋轉(zhuǎn)角度估計 232
9.4.2　湖試數(shù)據(jù)處理 234
9.5　連續(xù)地貌匹配定位實(shí)驗(yàn)與分析 235
9.6　水下綜合導(dǎo)航實(shí)施方案 238
9.6.1　方案流程 238
9.6.2　實(shí)驗(yàn)與分析 241
參考文獻(xiàn) 246
索引 247
彩圖