一种水下声呐成像系统目标检测方法与流程

本发明属于目标检测技术领域，具体来说是一种基于水下声呐成像系统目标检测方法。

背景技术：

水下声呐成像系统的装置是通过声波发射阵发射相应的声波，并通过接收阵接收返回的声波信号，通过一定的信号处理之后对数据进行目标检测。

水下目标检测方法是用于对声呐前进过程中探测到的目标进行检测的方法，由于声呐在水下工作过程中受到海中生物或者船只的各种噪声的影响，会对水下目标的检测带来一定的困难，且在船只行动过程中，要对前方的可能造成危险的物体进行目标检测，要求目标检测方法的运行效率高，且保证目标检测的正确性，减少错报、漏报目标信息就需要对目标检测的实时性上有一定的要求，而且对于不同的水域，不同的目标可以进行相应的检测参数的修改。

公开号为cn110244748a的专利申请公开了一种水下目标检测系统及检测方法，公开号为cn109214319a的专利申请公开了一种水下图像目标检测方法及系统，该两个目标检测方法均能实现目标检测。

技术实现要素：

本发明提供了一种水下声呐成像系统的目标检测方法，该目标检测方法具有运行效率高，检测效率高、实时性好、准确性高，整个方法及装置针对于水下声呐数据的处理及水下目标检测操作简单，可靠性高。

本发明的技术方案为：

一种基于水下声呐成像系统目标检测方法，包括以下步骤：

根据设定强度阈值对采集的声呐数据进行过滤，滤除掉强度低的声呐数据；

将过滤剩下的声呐数据转换到笛卡尔坐标后，根据预设分块尺寸进行数据分块获得多个数据块，并统计每个数据块中的数据点数、数据平均强度；

针对单帧图像，依据数据点数和数据平均强度的加权结果确定目标检测结果，并提供目标位置概要信息。

与现有技术相比，本发明提供的水下声呐成像系统目标检测方法可以在保证数据有效性并且能有效减少无效数据同时，实时进行目标检测，且能保证目标检测的准确性，具有十分重要的工程使用价值的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1是实施例提供的水下成像系统装置；

图2是实施例提供的水下声呐成像系统运行流程图；

图3是实施例提供的基于水下声呐成像系统目标检测方法的流程图；

图4是实施例提供的基于水下声呐成像系统目标检测方法中目标检测步骤流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

图1是实施例提供的水下声呐成像系统，参加图1，水下声呐成像系统包括声波发射装置形成的发射阵和声波接收装置形成的接收阵，声波发射装置发射特定频率的声波以减少相应的噪声声波，声波接收装置接收来自水中物体的反射及其他声波信号，并对接收的声波信号进行相应的数据处理方法以将声波信号转换成可以处理的数据，得到目标检测方法需要的声呐数据。

图2是实施例提供的水下声呐成像系统运行流程图。水下声呐成像系统主要用于采集声呐数据并根据声呐数据进行目标检测，如图2所示，具体地运行流程包括：(a)读取配置文件，将配置文件中的参数读取到数据内存中使用，并且提供一个系统程序运行时可以读取修改了的配置参数的接口；(b)初始化配置参数，该配置参数包括强度阈值、分块尺寸以及有效性判断阈值；(c)采集声呐数据；(d)基于采集的声呐数据进行目标检测。

图3是实施例提供的基于水下声呐成像系统目标检测方法的流程图；图4是实施例提供的基于水下声呐成像系统目标检测方法中目标检测步骤流程图。参见图3和图4，实施例提供的基于水下声呐成像系统目标检测方法包括以下步骤：

s101，根据设定强度阈值对采集的声呐数据进行过滤，滤除掉强度低的声呐数据。

在采集的声呐数据中有些是不利于目标检测的杂乱数据，需要对这些数据进行滤除，以提升后续目标检测的速率和准确度。具体地，对输入的数据点进行阈值的判断，该阈值的判断方法是基于数据统计的数据强度分布，对不同强度的声呐数据进行相应的统计，得到声呐数据在不同距离上的分布情况，不同距离的数据强度本身之间就存在差异，该方法可以降低距离对反射声波强度的影响，通过对数据统计之后，根据水对应的声呐数据强度设定强度阈值，认为与水对应的声呐数据强度相差一定范围内的声呐数据为强度低的声呐数据，将其滤除，以减少数据量。

s102，将过滤剩下的声呐数据转换到笛卡尔坐标后，根据预设分块尺寸进行数据分块获得多个数据块，并统计每个数据块中的数据点数、数据平均强度。

在经过数据点过滤后，得到了散乱的基础声呐数据，为了方便后续的数据分块，需要对声呐数据进行坐标转换，一般将声呐数据由极坐标系转换到笛卡尔坐标系，坐标转换后可以依据笛卡尔坐标对声呐数据点进行划分，数据块的分块尺寸可以通过配置文件修改，将不同的数据点归类到不同的数据块中，使用过程中，内存里只需要维护一份数据信息，节省了内存开支。

在获得数据块后，对数据块中声呐数据呈现的信息进行统计，统计不同数据块中的数据点数和数据最大强度、以及数据平均强度。计算数据块中的数据平均强度时，对不同距离采集的声呐数据取不同的数据点数以求得不同数据块中的平均强度，这样可以避免在近距离出数据点数多而影响其平均强度的取值，可以减少强度低的数据点对整体数据块中的强度造成影响。具体地，针对将数据块中的数据点数信息，经过排序后的块中数据强度的前百分之十的数据强度进行平均，以获得数据平均强度，减少其他噪声对目标反射声波的强度影响。

为了减少统计数据量以提升计算效率，在统计每个数据块中的数据点数、数据平均强度前，根据预设有效性判断阈值，对数据块进行有效性判断，以舍弃无效数据块。具体地，当通过单帧图像进行目标检测时，可以根据数据点数和数据平均强度的加权结果设定有效性判断阈值；当通过多帧图像进行目标检测时，根据数据点数、数据平均强度以及相同声呐数据点在多帧图像出现的频数的加权结果设定有效性判断阈值；然后依据该有效性判断阈值滤除掉无效数据块，针对剩下的有效数据块进行数据点数、数据最大强度以及数据平均强度的统计。

s103，针对单帧图像，依据数据点数和数据平均强度的加权结果确定目标检测结果，并提供目标位置概要信息。

具体地，针对单帧图像，计算该单帧图像对应的多个数据块中数据点数和数据平均强度的加权结果，选择最大加权结果对应的数据块为目标数据块。通常单帧图像对应多个数据块，可以获得多个数据块对应的加权结果，一般情况下进行的都是单目标检测，所以选择最大加权结果对应的数据块为目标数据块。

有时通过单帧图像进行目标检测时，会出现错误，为了减少突然出现的强噪声的影响以提升目标检测的准确率，可以根据连续的多帧图像进行目标检测，即该目标检测方法还包括针对多帧图像，依据数据点数、数据平均强度以及相同声呐数据点在多帧图像出现的频数的加权结果确定目标检测结果。

具体地，针对多帧图像确定目标检测结果的过程包括：

计算该单帧图像对应的多个数据块中数据点数和数据平均强度的第一加权结果；

统计相同声呐数据点在多帧图像出现的频数；

计算第一加权结果与根据所述频数计算的帧数占空比的第二加权结果，并选择最大第二加权结果对应的数据块为目标数据块。

以上加权计算的所用的权重都根据实际检测目标进行相应设置，在此不做限定。

在上述目标检测方法中，通过配置文件设置的判断帧数对数据进行相应的比较，当多帧开关打开时，判断帧数是否符合设定的判断帧数，在符合帧数要求时，进行多帧统计，统计相同声呐数据点在多帧图像出现的频数，然后通过数块中的数据平均强度信息、数据点数信息和在数据块存在的帧数进行加权处理，已完成对无效数据的过滤提高目标检测的准确率。

上述基于水下声呐成像系统目标检测方法通过配置文件可以变成单帧检测，单帧检测可以达到一秒十帧数据以上的效率，也可以通过配置文件切换到多帧检测，以提升目标检测准确率。

上述基于水下声呐成像系统目标检测方法采用的水下声呐成像系统结构简单，可以有效的控制成本，适用性强，借助于声波信号采集装置，且检测部分方法的接口丰富、使用方法简单。该方法适用于声呐采集数据的目标检测，可以将本方法嵌入至大部分声呐中进行目标的检测。

该方法检测判据多样、检测准确率高，使用了多种判断依据，单帧检测时使用数据强度和数据点数，通过权重计算比较数据块是目标的可能性，点数信息和数据强度信息在不同距离上赋予不同的权重；多帧检测时加上了对存在帧数的判断，通过多帧数据的对比，当数据块目标持续出现的次数超过设置的阈值时，则认为检测到了目标，有效降低了噪声数据的影响。

该方法检测效率高，实时性强，经过实际运行测试，实时检测帧数可以到达一秒十帧的速度，基于统计数据的滤波方法，减少数据量提高效率，当数据量少可以达到更高的速度，保证了检测的实时性。

该方法使用简单，且相应的参数可以调整，该方法可以通过配置文件对数据块大小、检测方法(单帧、多帧检测)、数据强度阈值、数据点数阈值、帧数阈值(多帧参与检测)、数据强度点数权重、数据区域分块(数据统计相关)参数进行修改。因为不同的声呐发射强度不同，声呐本身的特性不同，不同声呐可以通过调整配置文件的参数使用本方法对目标检测的方法以达到对不同声呐的普适性。

以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。