側(cè)掃聲納圖像分割算法研究.pdf

1、側(cè)掃聲納自誕生以來(lái)在民用和軍事領(lǐng)域均得到了廣泛應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展及數(shù)字化的側(cè)掃聲納出現(xiàn),側(cè)掃聲納圖像目標(biāo)的自動(dòng)分割和自主識(shí)別技術(shù)促進(jìn)了水下智能設(shè)備的發(fā)展。由于水下復(fù)雜環(huán)境和其他因素影響,側(cè)掃聲納圖像具有噪聲污染嚴(yán)重,對(duì)比度差等特點(diǎn)。研究人員利用各種預(yù)處理方法對(duì)側(cè)掃聲納圖像進(jìn)行處理,并研究各種分割算法對(duì)側(cè)掃聲納圖像進(jìn)行分割,取得了一定的成果,但依然沒(méi)有一種成熟的方法。在實(shí)際的側(cè)掃聲納圖像分割應(yīng)用中,對(duì)算法的穩(wěn)定性、分割精度和分

2、割速度有著不同的要求。本文深入研究模糊聚類算法和水平集算法改進(jìn)方法,提高分割精度和算法的穩(wěn)定性。同時(shí)提出改進(jìn)的分層馬爾科夫模型分割算法和利用輔助信息的特定目標(biāo)分割算法,實(shí)現(xiàn)對(duì)側(cè)掃聲納圖像快速準(zhǔn)確分割。通過(guò)閱讀大量文獻(xiàn),對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀的分析,確定了本文的主要工作:
　　(1)對(duì)側(cè)掃聲納圖像預(yù)處理方法進(jìn)行研究。通過(guò)對(duì)側(cè)掃聲納數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼,在原始數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,提出航向角優(yōu)化模型和航向角校正算法。對(duì)圖像進(jìn)行幾何校正,并建立了圖像坐標(biāo)和地球坐

3、標(biāo)的轉(zhuǎn)換規(guī)則。對(duì)灰度校正方法進(jìn)行了研究,進(jìn)一步提高圖像質(zhì)量。對(duì)側(cè)掃聲納圖像的紋理描述方法進(jìn)行了介紹,并提取了側(cè)掃聲納圖像的GMRF紋理和Gabor紋理。對(duì)側(cè)掃聲納圖像濾波算法進(jìn)行研究,提出一種改進(jìn)的BEMD的圖像濾波算法。為后續(xù)的分割工作開(kāi)展打下基礎(chǔ)。
　　(2)對(duì)基于聚類的側(cè)掃聲納圖像分割算法進(jìn)行研究。利用常用的幾種分割算法對(duì)側(cè)掃聲納圖像進(jìn)行處理,找出了其不足之處。利用紋理特征對(duì)算法進(jìn)行改進(jìn),分析了初始聚類中心選定的規(guī)則,重寫(xiě)了

4、隸屬度函數(shù),獲得了一定的成果。然后進(jìn)一步結(jié)合改進(jìn)的BEMD濾波方法,對(duì)算法進(jìn)行融合。通過(guò)大量側(cè)掃聲納圖片分割實(shí)驗(yàn)證明,該算法具有穩(wěn)定的分割性能,對(duì)不同圖片均由很強(qiáng)的適應(yīng)能力。
　　(3)對(duì)基于水平集的側(cè)掃聲納圖像分割算法進(jìn)行研究。對(duì)CV模型、四相水平集模型和分層水平集模型這些基本模型進(jìn)行了介紹,并利用這些模型進(jìn)行了分割實(shí)驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合圖像紋理信息,進(jìn)一步研究了基于GMRF紋理能量驅(qū)動(dòng)的水平集模型和Gabor紋理驅(qū)動(dòng)的模型。通

5、過(guò)對(duì)這些模型缺點(diǎn)的分析,提出了改進(jìn)的四相水平集分割模型和快速分層的水平集模型。能夠獲得更好的分割結(jié)果,并一定程度提高算法的分割速度。
　　(4)提出基于分層MRF的側(cè)掃聲納圖像快速分割算法。介紹了平面MRF模型和分層MRF模型。針對(duì)分層MRF,通過(guò)將傳統(tǒng)的側(cè)掃聲納圖像的目標(biāo)區(qū)和陰影區(qū)歸為一類,減少了MRF模型參數(shù)。利用灰度統(tǒng)計(jì)的方法描述圖像灰度分布,減少了利用灰度分布模型描述時(shí)的參數(shù)估算的計(jì)算量。通過(guò)分割實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了算法的快速性和有

6、效性。為了進(jìn)一步提高分割速度和分割精度,提出了專家數(shù)據(jù)庫(kù)輔助的分割算法。獲得了良好的效果。
　　(5)對(duì)全文提出的算法應(yīng)用進(jìn)行了說(shuō)明,提出了特定目標(biāo)的分割算法。利用區(qū)域檢驗(yàn)法對(duì)側(cè)掃聲納圖像中孤立目標(biāo)進(jìn)行分割,通過(guò)對(duì)特定形狀目標(biāo)的幾何空間特征進(jìn)行分析,提出了區(qū)域判斷法,結(jié)合前文內(nèi)容,對(duì)特定尺寸的目標(biāo)分割方法進(jìn)行了說(shuō)明。最后對(duì)前幾章中提到的各種分割算法的特點(diǎn)和應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行了說(shuō)明。
　　本文最后對(duì)全文的創(chuàng)新點(diǎn)和研究成果進(jìn)行了總結(jié),