基于侧扫声呐的水下小目标检测技术研究

针对水下小目标探测与识别难的问题,开展基于侧扫声呐的声呐图像滤波、图像分割及目标提取方法研究。常规滤波方法难以有效清除图像中存在的噪声,从而造成图像质量下降。采用非局部均值滤波算法与 GPU 加速的方法,在获得声呐图像较好处理效果的同时,满足水下小目标检测实时性的要求;同时, 采用膨胀算法与 Canny 边缘检测算法相结合的方式,实现了水下真假目标的有效区分。     

基于小波分析的侧扫声呐信号非线性增强算法

侧扫声呐回波信号是形成侧扫声呐图像的基础,是侧扫声呐系统对水下目标的最直接观测量, 将一维小波变换与非线性增强方法相结合,提出了一种基于小波变换的侧扫声呐回波信号非线性增强算法, 用以改善侧扫声呐图像对比度低、噪声强度大的问题。首先利用改进的 Bayes 阈值对侧扫声呐 ping 信号进行一维小波分解,提取信号特征信息;然后利用 2 种不同的非线性函数对高、低频小波系数进行处理;最后利用小波反变换重构信号,形成增强后的侧扫声呐图像。实测数据验证结果表明：利用该算法对侧扫声呐 ping 信号进行处理,实现了侧扫声呐图像对比度的增强和对噪声的抑制,可以获取较好的图像视觉效果。     

基于K-means聚类与数学形态学的侧扫声呐图像目标轮廓自动提取方法

针对侧扫声呐图像斑点噪声强、背景海底散射干扰严重,海底目标轮廓自动提取困难的问题,提出了一种基于K-means聚类与数学形态学相结合的海底目标轮廓自动提取算法。为克服噪声干扰,该算法首先利用中值滤波去除侧扫声呐图像中的强斑点噪声;然后采用K-means聚类算法对侧扫声呐灰度图像进行分割,并二值化,除去大部分海底背景噪声,初步提取出目标;接着利用数学形态学运算去除提取结果中的孤立噪点,并填充目标内部孔洞,得到连续化、圆滑的目标边缘;最后对处理后的侧扫声呐图像进行边缘检测,提取出目标轮廓。实验结果表明:该算法思想简单易行,具有很强的克服背景噪声的能力,自动提取的目标轮廓连续性较好,结果准确可靠。目前,在侧扫声呐图像目标轮廓提取过程中,主要采用人工方式,自动性较差,效率较低。本文算法可以实现目标轮廓的自动提取,提高效率,具有较强的实用价值。     

基于弱纹理块的噪声估计方法在侧扫声呐图像去噪中的应用

侧扫声呐图像受混响效应影响导致侧扫声呐图像斑点噪声强,边缘模糊,纹理较弱,严重时还会掩盖海底地貌。噪声方差是许多侧扫声呐图像变换域去噪算法的必要参数。指出了侧扫声呐图像在乘性噪声的影响下灰度值溢出的问题,并且以侧扫声呐图像中乘性噪声为背景,考虑灰度值范围对乘性噪声的抑制作用,提出了一种基于弱纹理块的噪声估计方法。算法主要根据噪声的散射模型,将侧扫声呐图像经过幂变换和对数变换,将服从瑞利分布的乘性斑点噪声变换为高斯白噪声,基于变换图像的梯度协方差矩阵和弱纹理块的动态选择,以迭代的方式确定噪声方差。实验结果表明:该算法能够去除灰度值溢出现象对噪声估计的影响,在高亮区域及背景区域的噪声估计结果稳定准确。     

基于MRF场的侧扫声呐图像分割方法

为了利用侧扫声呐进行水下目标自动探测和识别,首先必须将声呐图像分为目标高亮区、海底混响区和目标阴影区.由于声呐图像有强背景噪声,传统的图像分割方法显得无能为力,故采用基于MRF场的图像分割方法来准确地分割.根据侧扫声呐目标的成像特点,建立了分割的约束条件;利用阴影与目标的灰度均值比很小这一特点进行初始分割,然后根据分割后目标与阴影的宽度差来剔除虚假目标,由初始分割的结果求得MRF模型初始参数,再采用迭代条件估计得到最终的模型参数和准确的分割结果.由于考虑了相邻像素间的依赖关系,具有抗噪性强、分割效果好的优点,从理论上说是合理的.实测数据分析也证明了这种算法的优越性.     

基于分区自适应阈值的声呐障碍物检测算法研究

针对UUV避碰声呐探测障碍物过程中自主选择分割阈值进行障碍物检测的问题,提出了基于分区自适应阈值的障碍物检测算法。首先将避碰声呐图像均匀分为相同大小的图像块,对每个图像块基于最大类间方差算法确定该区域障碍物图像分割的高低阈值,然后对检测到的障碍物进行形态学处理去除孤立噪声点,对目标区域进行连通性分析及内部空洞处理,最终得到完整的障碍物轮廓信息。通过湖试数据验证表明了该方法对声呐障碍物检测的有效性。     

基于无监督学习卷积神经网络的声呐图像分割

声呐图像分割是图像分割技术发展中的组成部分,是水下目标识别与检测的重要一环。传统方法中基于有监督分割方法的算法往往代价较大,表现出试验周期长、实时性较差、运行速率较慢等不足。并且由于声呐图像的成像质量差、分辨率不高、边缘条件不清晰、人工标注工作量大等客观因素,不易建立用于有监督模型训练的大规模数据集,使得传统分割方法越来越不适应当前实际应用的多方面要求。将基于无监督学习卷积神经网络引入到声呐图像分割任务中,分割模型通过对单帧声呐图像进行训练和测试,最后经过推理得到将阴影区和目标高亮区分割后的声呐图像,得到分割出来的水下目标。通过对实验的分割结果进行各项指标分析,证明此方法有着更好的运行效率和分割精度,并且实时性较高,综合性能优于传统方法。     

侧扫声呐原始数据解析与可视化显示

XTF文件格式是侧扫声呐图像数据的主要存储格式之一,具有可伸缩性、可扩展性等特点;声波散射强度瀑布图是侧扫声呐回波数据直观的显示形式。准确高效解析XTF格式的侧扫声呐数据和正确生成瀑布图显示回波数据对后续数据图像处理过程中的目标变形改正、图像分割及镶嵌等具有重要意义。通过分析侧扫声呐工作原理及声波回波强度瀑布图的结构与特点,对XTF格式的侧扫声呐原始文件结构及十六进制编码原理进行深入研究,以渤海沉船搜寻实测数据为例,使用Matlab编程实现原始数据读取及解码,提取每Ping数据中各要素,比较分析2种灰度转换模型的特点,生成侧扫声呐瀑布图,实现XTF格式侧扫声呐数据的图像可视化。     

基于生成对抗网络的声呐图像超分辨率算法

由于受到复杂水声信道影响,侧扫声呐生成图像一般存在分辨率低、细节模糊等问题,这给基于侧扫声呐图像的小目标检测与识别过程带来了一定难度。常见的图像超分辨率处理算法大致可以分为插值算法、稀疏表示的重建算法等。传统插值算法存在图像边缘模糊、细节不清楚的问题,因此提出了一种改进型超分辨率生成对抗网络(SRGAN)结构。该结构可在保留图像中的小目标细节的基础上提升细节特征显示度,并且可使目标边缘更加清晰,可为后续的小目标检测和识别在一定程度上提供技术支持。     

基于声呐图像的水下目标识别研究综述

水下目标识别是水下无人探测的一项核心技术,在军事和民用领域都有重要的应用。根据当前的水下目标识别研究进展,全面阐述基于声呐图像的水下目标识别原理和方法,对总结研究现状、发现存在的问题以及挖掘潜在的研究方向具有积极意义。针对基于声呐图像的水下目标识别问题,论述了图像去噪、 图像分割以及水下目标识别等方面的主要进展,阐述了基于深度学习实现声呐图像目标识别的最新技术发展现状。通过对水下目标处理过程的讨论和分析,指出基于声呐图像的水下目标识别算法中亟需解决的关键科学问题及可能的解决思路,并对该领域的未来发展方向做了进一步的展望。     

基于PSR模型的围填海对海洋资源影响评价方法研究

利用PSR模型中压力、状态、响应相互作用的关系阐述围填海开发活动对海洋资源的影响,基于压力、状态、响应子系统确定并标准化处理了影响评价指标,根据判断矩阵分析结果赋值了指标权重,构建了围填海开发活动对海洋资源影响的评价体系,应用该评价体系进行了福建省福清湾及海坛峡海域围填海开发活动对其海洋资源的影响分析,评价结果表明福清湾及海坛峡海域围填海开发活动对其海洋资源的影响较小。     

基于PSR模型的围填海对海洋资源影响评价方法研究

利用PSR模型中压力、状态、响应相互作用的关系阐述围填海开发活动对海洋资源的影响,基于压力、状态、响应子系统确定并标准化处理了影响评价指标,根据判断矩阵分析结果赋值了指标权重,构建了围填海开发活动对海洋资源影响的评价体系,应用该评价体系进行了福建省福清湾及海坛峡海域围填海开发活动对其海洋资源的影响分析,评价结果表明福清湾及海坛峡海域围填海开发活动对其海洋资源的影响较小.     

测量无人艇研究进展综述

主要基于船体、航速、续航能力、作业海况、搭载仪器、操作方式以及主要用途等方面,详细阐述了国内外测量无人艇的技术参数,分析了国内无人艇的不足和重点攻克的技术,以及螺旋桨、喷泵两种推进方式的优缺点;分析了测量无人艇艇型、自动控制、载体总体设计及集成、环境感知、通信等关键技术及实现途径;指出测量一体化、智能化水平的提升、水陆一体化测量技术、组网测绘为测量无人艇未来的发展方向。     

基于WebGIS的地学虚拟环境研究

在介绍了WebGIS和地学虚拟环境技术特征的基础上，研究了WebGIS技术在地学虚拟环境中的应用。从系统结构、用户界面、数据模型等三个方面，对WebGIs技术用于地学虚拟环境的深层次系统框架进行了研讨，并对WebGIS技术与地学虚拟环境技术进行结合的实际过程进行了说明。     

基于ANSYS的淤泥质海底海床基吸附力研究

为了解决海床基在淤泥质海底的吸附力问题,利用ANSYS软件,采用接触分析、三维十节点实体单元以及Drucker-Prager模型模拟淤泥结构,分析了海床基在淤泥质海底的吸附力大小,然后与经验公式比较,证明了ANSYS对海床基吸附力分析的可行性;海床基在不同工况下的吸附力模拟对海床基的回收方式及结构优化等方面提供了一定的指导。     

海水养殖对沿岸生态环境影响的研究进展

综述国际上海水养殖对沿岸环境影响的研究进展 ,并结合中国实际探讨减少养殖污染和海水养殖业可持续发展的途径。海水养殖主要通过有机物和营养物的排放、化学药物的使用、养殖动物的逃逸、红树林的破坏等途径对沿岸生态环境产生负面影响。为减小这一影响 ,认为应采取提高人工饲料的质量、单一养殖系统结构优化和复合养殖系统的结构优化、处理养殖排放水、海岸带综合治理等措施。     

福建海水养殖鱼类本尼登虫病研究

对福建海域网箱养殖鱼类本尼登虫病(Benedeniasis)进行了研究，调查发现6种本尼登虫病原，完成新本尼登虫季节感染动态和生活史的研究。研究结果表明，鱼群本尼登虫自然感染率平均52．14％，最高感染率达100％。考察结果说明福建海域网箱养殖鱼类本尼登虫的感染和流行与渔区海水温度和降雨量关系最大，福建海域在一年中的6月至10月份是网箱养殖鱼类本尼登虫病感染和流行的高峰季节。     

基于数据库的地形图制图研究

GIS数据和制图数据之间的差异是基于GIS数据库实现地图制图输出的难点。分析了当前基础地理信息数据建库的情况及其适用于基本比例尺制图的特点,充分利用了ArcGIS提供的地图表现功能,探讨了ArcGIS环境下基于Geodatabase数据库实现基本比例尺地形图制图的方法,并采用ArcObjects作为二次开发的平台,设计开发了基于GIS数据库的基本比例尺地形图制图模块。     

降雨对波浪成长的影响实验研究

本文通过实验室实验的方法,对降雨对海面粗糙度以及风浪和涌浪成长的影响进行了初步的分析;用波面位移数据计算了海浪谱,初步讨论了降雨对波浪成长的影响。分析结果表明:在低风速时,降雨对波浪成长起抑制作用;而在高风速时,降雨对波浪成长起促进作用。其物理机制有待于进一步分析。     

弧形防波堤波浪力试验研究

在圆筒形防波堤和V形防波堤的基础上,结合离岸堤后形成V形和半圆形连续出现的韵律海岸的地貌平面形态特点,提出一种前墙为连续的半圆筒形防波堤形式。通过在波浪水槽内进行规则波物理模型试验,探究这一新型防波堤的波压力分布规律及波高、周期、水深等因素对波压力的影响。将试验结果与海港水文公式和合田良实公式计算的理论值对比分析,给出了以合田良实公式的折减系数来拟合新型弧形防波堤波浪总水平力的计算公式。结果表明:新型弧形防波堤上的波压力随波高、周期的增大而增大,其水平波浪总力比同等尺度直墙少10%左右。