海底三维声学图像实时处理系统设计

结合多核CPU硬件PC平台,设计了一种海底三维声学图像实时处理系统,主要包括声学前端信号处理子系统、数据传输控制子系统和PC客户端图像处理系统三个部分。声学前端信号处理子系统统根据接收到的多路声学换能器信号,通过两级FPGA信号处理,采集多通道水声信号,进行实时电子聚焦波束形成。为了解决海量声学数据快速传输问题,数据传输控制子系统未采用传统用户空间TCP/IP传输机制,而是直接通过嵌入式PowerPC处理器在Linux内核态采用DMA通道进行声学数据转发,减少系统调用和数据拷贝开销,有效提高网络传输效率。针对海量声学数据实时处理需求,PC客户端图像处理系统通过对复杂、耗时的单帧重建和数据拼接算法模块根据声学数据点的角度范围进行等分分割,对每个子范围声纳数据采用多线程并行处理,均衡多个CPU核之间负载,实现高性能三维声学图像实时处理。通过室内水池和湖试实验,结果表明该系统能够实时高效地进行三维声学图像采集、传输与处理。     

运用三维声纳图像的水底全景拼接与绘制

针对海量声纳图像多帧配准引起的误差累积问题,该文提出了一种基于三维声纳图像的水底全景拼接与绘制方法。首先通过相邻两帧图像最近邻点迭代,并结合GPS、姿态仪信息和X84控制点剔除方法,减少非重叠区域控制点对的存在以提高配准精度,实现相邻帧图像精确配准。然后采用四元组参数对所有精确配准矩阵进行拟牛顿最优化处理,获取所有声纳帧之间最佳配准关系,减少多帧配准引起的累积误差,实现三维图像高精度全局配准。湖试与海试实验结果表明,该方法有效地减少了海量声纳图像多帧配准引起的累积误差,实现了三维声纳图像水底全景高精度拼接与绘制,达到了预期目标。