前视扫描声呐成像径向误差分析和补偿

杨 波 汪 伟 刘烨瑶 李欣国 梁 涛郭卫振 廖佳伟 潘 锋

①(中国科学院声学研究所 北京 100190)

②(北京海洋声学装备工程技术研究中心 北京 100190)

③(中国科学院大学 北京 100049)

④(中国科学院信息工程研究所 北京 100093)

1 引言

单波束前视扫描声呐广泛应用于水下机器人、载人潜水器等运动平台。由于其机械扫描的工作特性产生了以下两个问题：为了获取较快的成像速度，机扫声呐角度步进较大，导致分辨率较低；水下载体快速航行引起声学中心的位置变化，影响成像效果。这些影响将会增加后续避障[1]、目标检测[2]、特征提取[3]、目标识别[4]、跟踪[5–7]等功能的难度。

针对第一个问题，许多研究者引入了插值的方法获得高分辨率图像。最邻近插值法[8]用距离待插值点最近的整数坐标点像素值替代该点，算法简单、速度快，但图像会出现方块效应和锯齿效应。双线性插值法[9]将待插值点的灰度用与该点周围4个点的灰度值线性拟合而成，比最邻近插值平滑、运算速度较快，但平滑操作损失了图像中许多重要的高频信息。Keys[10]提出了用待插值点周围16个相邻点的灰度值加权平均来计算插值，相比双线性插值提高了插值精度，但不能很好地保持图像的细节部分。Trucco等人[11]将线性插值引入前扫声呐成像中，在极坐标中根据不同距离进行分段波束插值。Zhang等人[12]在Trucco的基础上进行改进，在波束域做拉格朗日2次插值，提高了图像质量。前面介绍的声呐图像都是基于前向映射，将极坐标系点映射到直角坐标系中得到的是非整数点，经四舍五入后导致极坐标系中点与直角坐标系中点形成多对一映射。……