一种对合成孔径声纳图像进行水体区域检测方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种对合成孔径声纳图像进行水体区域检测的方法及系统，所述方法包含：使用两个接收阵生成两幅同一区域的合成孔径声纳图像；求取两幅图像的幅度均值，根据幅度均值生成一组阈值序列，并将其中一幅作为当前图像；从一组阈值中选择一个作为设定阈值；依据设定阈值将当前合成孔径声纳图像二值化；对二值化后的图像进行连通域标记，进行区域增长，得到水体区域；重复上述方法获取当前图像在不同阈值情况下检测的水体区域；并选择两幅图像中的另一幅图像作为当前图像重复上述方法；求取同一设定阈值时两幅图像检测得到的水体区域的差别，并以这些差别为标准，评价水体区域结果，选择评价最好的水体区域结果为水体区域检测结果。
【专利说明】一种对合成孔径声纳图像进行水体区域检测方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及合成孔径声纳信号处理领域，特别涉及一种对合成孔径声纳图像进行水体区域检测方法及系统。
【背景技术】
[0002]合成孔径声纳(Synthetic Aperture Sonar, SAS)是一种高分辨率的水下二维成像技术。而干涉合成孔径声纳(Interferometric Synthetic Aperture Sonar, InSAS)是对SAS的拓展，使用两幅接收基阵对目标场景进行SAS成像，利用两幅图像的相位差别获得闻程?目息。SAS图像的相位是InSAS处理的重要彳目息。
[0003]受到几何关系及水底地形的影响，SAS图像中存在着阴影、叠掩和水体区域。这些区域回波信号较弱或不同区域回波相互重叠，使得SAS图像相位受到破坏，降低了 InSAS干涉图的质量。阴影或叠掩由地形突变引起，它们的检测及对高程的影响，在干涉合成孔径雷达中已有研究。水体区域是SAS图像中距离向近端的一片暗区，该区域没有回波信号，无法从干涉相位中还原高程信息。为了生成高质量的数字高程模型，需要检测水体区域，并将水体区域从干涉结果中去除。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于，为克服上述技术方案的缺陷，本专利申请提供了一种水体区域检测方法及系统。
[0005]为实现上述目的 ，本发明提供了一种水体区域检测方法，用于将水体区域从干涉结果中去除，所述方法包含: [0006]一种从合成孔径声纳图像中进行水体区域检测的方法，用于将水体区域从从合成孔径声纳图像的干涉结果中去除，所述方法包含:
[0007]步骤101)合成孔径声纳系统使用两个接收阵，生成两幅同一区域的合成孔径声纳图像；
[0008]步骤102)求取上述两幅图像的幅度均值，根据幅度均值生成一组阈值序列，并从上述两幅图像中选择一幅作为当前图像；
[0009]步骤103)从一组阈值中选择某一个阈值，作为设定阈值；
[0010]步骤104)依据设定阈值将当前合成孔径声纳图像二值化，该二值化处理为大于等于所述设定阈值的位置取1，小于所述设定阈值位置处取O ;对二值化后的图像进行连通域标记，从距离向近端选取值为O的某点为起始点，进行区域增长，得到水体区域；
[0011]步骤105)重复上述步骤103)和104)得到当前图像在不同阈值情况下检测的水体区域；并选择两幅图像中的另一幅图像作为当前图像重复上述步骤103)和104)；
[0012]步骤106)求取同一设定阈值时两幅图像检测得到的水体区域的差别，及不同阈值时图像检测得到的水体区域差别，并以这些差别为标准，评价水体区域结果，最终选择评价最好的水体区域结果为最终水体区域检测结果，完成水体区域检测。[0013]上述技术方案中，所述一组阈值序列为一等差数列。所述连通域选择四邻域。
[0014]上述技术方案中，所述区域增长具体包含如下步骤:
[0015]按从左到右、从上到下的顺序扫描当前图像；对于每个值为I的点，
[0016]判断左邻点和上邻点的值，若左邻点和上邻点都为O，则以该点为起点开始一个新的连通域；若左邻点和上邻点都为1，则将左邻点和上邻点所在连通域合并，并将该点加入连通域。若只有左邻点为1，则将该点加入左邻点的连通域。若只有上邻点为1，则将该点加入上邻点的连通域。将连通域中的点置为0，其余点置为I ;
[0017]以图像中的左上点作为种子点开始区域增长。若种子点有值为1、且不属于增长区域的邻域点，就将该邻域点加入增长区域。以该邻域点为新的种子点重复以上处理，直到区域不能继续增长时，就得到水体区域。
[0018]基于上述方法本专利申请还提供了一种水体区域检测系统，用于将水体区域从干涉结果中去除，所述系统包含:
[0019]合成孔径声纳图像获取模块，用于合成孔径声纳系统使用两个接收阵，生成两幅同一区域的合成孔径声纳图像；
[0020]阈值序列获取模块，用于求取上述两幅图像的幅度均值，根据幅度均值生成一组阈值序列；
[0021]选择模块，用于从上述两幅图像中选择一幅作为当前图像，并从一组阈值中选择某一个阈值，作为设定阈值；
[0022]第一处理模块，用于依据设定阈值将当前合成孔径声纳图像二值化，该二值化处理为大于等于所述设定阈值的位置取1，小于所述设定阈值位置处取O ;对二值化后的图像进行连通域标记，从距离向近端选取值为O的某点为起始点，进行区域增长，得到水体区域；
[0023]第二处理模块，重复得到当前图像在不同阈值情况下检测的水体区域；并选择两幅图像中的另一幅图像作为当前图像重复上述第一处理模块进行的处理；
[0024]第三处理模块，求取同一设定阈值时两幅图像检测得到的水体区域的差别，及不同阈值时图像检测得到的水体区域差别，并以这些差别为标准，评价水体区域结果，最终选择评价最好的水体区域结果为最终水体区域检测结果。
[0025]上述技术方案中，所述一组阈值序列为一等差数列，所述连通域选择四邻域。
[0026]上述技术方案中，所述区域增长具体包含如下步骤:
[0027]按从左到右、从上到下的顺序扫描当前图像；对于每个值为I的点，
[0028]判断左邻点和上邻点的值，若左邻点和上邻点都为0，则以该点为起点开始一个新的连通域；若左邻点和上邻点都为1，则将左邻点和上邻点所在连通域合并，并将该点加入连通域。若只有左邻点为1，则将该点加入左邻点的连通域。若只有上邻点为1，则将该点加入上邻点的连通域。将连通域中的点置为0，其余点置为I ;
[0029]以图像中的左上点作为种子点开始区域增长。若种子点有值为1、且不属于增长区域的邻域点，就将该邻域点加入增长区域。以该邻域点为新的种子点重复以上处理，直到区域不能继续增长时，就得到水体区域。
[0030]总之，本发明给出了一种水体区域检测方法。InSAS使用两副相同的接收阵，因而同一区域生成两幅相似的SAS图像，本文方法对这两幅SAS图像进行处理。首先对两幅接收阵求取幅度均值。然后根据幅度均值，根据幅度均值生成一组阈值。使用阈值将主辅SAS图像二值化。大于等于阈值处取1，小于阈值处取O。当阈值在合理范围以内时，水体区域中绝大多数像素值为O，少数像素值为I。非水体区域绝大多数像素值为1，少数像素值为
O。无法通过平滑等方法得到水体区域。对二值化图像进行连通域标记。本文中使用四邻域连通。从距离向近端选取值为O的某点为起始点，进行区域增长，得到水体区域。再对不同阈值选取时的结果进行比较，从中选取最优阈值，即得到最终的水体区域检测结果。
[0031]本发明方法的效果在于对干涉合成孔径声纳的主辅图像检测水体区域。通过结合两幅图像的检测结果，提高检测精度。由于水体区域是合成孔径声纳图像中距离向近端的一片暗区，该区域没有回波信号，无法从干涉相位中还原高程信息。为了生成高质量的数字高程模型，需要检测水体区域，并将水体区域从干涉结果中去除。本发明提供的一种水体区域检测方法即可准确高效的提取水体区域。本文方法简单高效，能够提高干涉处理的精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1是本发明提供的水体区域检测的示意图；
[0033]图2是本发明提供的连通域及区域增长进行水体区域检测的方法流程图；
[0034]图3是本发明采用的InSAS水体区域检测流程图。
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步详细描述。
[0036]如图1所示，该图为水体区域示意图，H为InSAS平台高度，h为水体区域边缘高度，Θ为InSAS波束垂直于方位向平面内开角，β为波束垂直于方位向平面内中心线与竖直方向的夹角。
[0037]本文给出的水体区域检测方法具体实施步骤如图3所示:
[0038]1.1nSAS处理对象为相位，因此用于InSAS处理的SAS图像为复值图像。对复值图像求取绝对值，得到幅度图。求取图像对中各点幅值的均值，根据均值设置一组等差队列作为阈值。合理的阈值一般为均值的0.1-0.3倍之间。
[0039]2.从主辅SAS图像对中选取一幅图像为当前图像，从阈值等差队列中选取一个值为当前阈值。
[0040]3.对所述当前图像进行二值化处理，将当前图像中小于阈值的点置为0，大于等于阈值的点置为I。
[0041]由于水体区域回波较弱，经过上述二值化后绝大多数水体区域对应的像素值为0，但由于噪声、水下复杂传输环境等因素的影响，水体区域也会存在少部分值为I的像素。而非水体区域一方面回波较强，但其也存在着阴影区域，这就导致非水体区域对应的二值图上的绝大多数像素值为1，仅有少部分为O。
[0042]4.对二值化图像求取连通域。
[0043]本发明实施例的连通域选用了四邻域，但是本领域技术人员结合其具备的知识可以选用八邻域的处理方式。其中所述四邻域为当按从左到右、从上到下的顺序扫描，对于每个值为I的点，判断左邻点和上邻点的值。若左邻点和上邻点都为0，则以该值为I的点为起点开始一个新的连通域。若左邻点和上邻点都为1，则将左邻点和上邻点所在连通域合并，并将该点加入连通域。若只有左邻点为1，则将该点加入左邻点的连通域。若只有上邻点为1，则将该点加入上邻点的连通域。将连通域中的点置为O，其余点置为I。
[0044]5.使用区域增长方法得到水体区域。
[0045]以图像中的左上点作为种子点开始区域增长。若种子点有值为1、且不属于增长区域的邻域点，就将该邻域点加入增长区域。以该邻域点为新的种子点重复以上处理，直到区域不能继续增长时，就得到水体区域。水体区域以外的区域为非水体区域。
[0046]上述步骤4和步骤5的实现流程图为图2。
[0047]6、再使用等差队列中每个阈值重复步骤3-5的水体区域检测过程
[0048]7、从主辅SAS图像对中选取另一幅图像为当前图像重复步骤3-6，得到主辅图像的每副图像使用不同阈值时所检测得到的水体区域。
[0049]8、求取使用同一阈值时主辅图像检测得到的水体区域的差别，及使用等差队列中相邻阈值时同一图像检测得到的水体区域差别。并以差别最小为标准，评价水体区域结果。最终选择评价最好的水体区域结果为最终水体区域检测结果。
[0050]总之，本发明所述的水体区域是合成孔径声纳图像中距离向近端的一片暗区，该区域没有回波信号，无法从干涉相位中还原高程信息。为了生成高质量的数字高程模型，需要检测水体区域，并将水体区域从干涉结果中去除。本发明给出了一种水体区域检测方法。干涉合成孔径声纳系统使用两副相同的接收阵，因而同一区域生成两幅相似的图像，本文方法对这两幅图像进行处理。该方法首先设置阈值，对图像进行二值化处理。接着对二值化图像进行四邻连通域标记。并从连通域图中，从图像左端选取合适的点进行区域增长，即可提取水体区域。通过比较两幅图像的检测结果的相似性，优化阈值选取。本文方法简单闻效，能够提闻干涉处理的精度。
[0051]最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种对合成孔径声纳图像进行水体区域检测的方法，用于将水体区域从合成孔径声纳图像的干涉结果中去除，所述方法包含: 步骤101)合成孔径声纳系统使用两个接收阵，生成两幅同一区域的合成孔径声纳图像； 步骤102)求取上述两幅图像的幅度均值，根据幅度均值生成一组阈值序列，并从上述两幅图像中选择一幅作为当前图像； 步骤103)从一组阈值中选择某一个阈值，作为设定阈值； 步骤104)依据设定阈值将当前合成孔径声纳图像二值化，该二值化处理为大于等于所述设定阈值的位置取1，小于所述设定阈值位置处取O ;对二值化后的图像进行连通域标记，从距离向近端选取值为O的某点为起始点，进行区域增长，得到水体区域； 步骤105)重复上述步骤103)和104)得到当前图像在不同阈值情况下检测的水体区域；并选择两幅图像中的另一幅图像作为当前图像重复上述步骤103)和104)； 步骤106)求取同一设定阈值时两幅图像检测得到的水体区域的差别，及不同阈值时图像检测得到的水体区域差别，并以这些差别为标准，评价水体区域结果，最终选择评价最好的水体区域结果为最终水体区域检测结果，完成水体区域检测。
2.根据权利要求1所述的对合成孔径声纳图像进行水体区域检测的方法，其特征在于，所述一组阈值序列为一等差数列。
3.根据权利要求1所述 的对合成孔径声纳图像进行水体区域检测的方法，其特征在于，所述连通域选择四邻域。
4.根据权利要求3所述的对合成孔径声纳图像进行水体区域检测的方法，其特征在于，所述区域增长具体包含如下步骤: 按从左到右、从上到下的顺序扫描当前图像；对于值为O的点，进行？？处理；而对于每个值为I的点，进行如下处理: 判断左邻点和上邻点的值，若左邻点和上邻点都为0，则以该点为起点开始一个新的连通域；若左邻点和上邻点都为1，则将左邻点和上邻点所在连通域合并，并将该点加入连通域；若只有左邻点为1，则将该点加入左邻点的连通域；若只有上邻点为1，则将该点加入上邻点的连通域；将连通域中的点置为0，其余点置为I ; 以图像中的左上点作为种子点开始区域增长，若种子点有值为1、且不属于增长区域的邻域点，就将该邻域点加入增长区域，以该邻域点为新的种子点重复以上处理，直到区域不能继续增长时，就得到水体区域。
5.一种对合成孔径声纳图像进行水体区域检测的系统，用于将水体区域从干涉结果中去除，所述系统包含: 合成孔径声纳图像获取模块，用于使用两个接收阵，生成两幅同一区域的合成孔径声纳图像； 阈值序列获取模块，用于求取上述两幅图像的幅度均值，根据幅度均值生成一组阈值序列； 选择模块，用于从上述两幅图像中选择一幅作为当前图像，并从一组阈值中选择某一个阈值，作为设定阈值； 第一处理模块，用于依据设定阈值将当前合成孔径声纳图像二值化，该二值化处理为大于等于所述设定阈值的位置取1，小于所述设定阈值位置处取O ;对二值化后的图像进行连通域标记，从距离向近端选取值为O的某点为起始点，进行区域增长，得到水体区域； 第二处理模块，重复当前图像在不同阈值情况下检测的水体区域；并选择两幅图像中的另一幅图像作为当前图像进行第一处理模块的相关处理； 第三处理模块，求取同一设定阈值时分别采用两幅图像作为当前图像检测得到的水体区域的差别，及不同阈值时图像检测得到的水体区域差别，并以这些差别为标准，评价水体区域结果，最终选择评价最好的水体区域结果为最终水体区域检测结果。
6.根据权利要求5所述的对合成孔径声纳图像进行水体区域检测的系统，其特征在于，所述一组阈值序列为一等差数列。
7.根据权利要求5所述的对合成孔径声纳图像进行水体区域检测的系统，其特征在于，所述连通域选择四邻域。
8.根据权利要求5所述的对合成孔径声纳图像进行水体区域检测的系统，其特征在于，所述区域增长具体包含如下步骤: 按从左到右、从上到下的顺序扫描当前图像；对于每个值为I的点， 判断左邻点和上邻点的值，若左邻点和上邻点都为O，则以该点为起点开始一个新的连通域；若左邻点和上邻点都为1，则将左邻点和上邻点所在连通域合并，并将该点加入连通域。若只有左邻点为1，则将该点加入左邻点的连通域。若只有上邻点为1，则将该点加入上邻点的连通域。将连通域中的点置为O，其余点置为I ; 以图像中的左上点作为种子点开始区域增长。若种子点有值为1、且不属于增长区域的邻域点，就将该邻域点加入增长区域。以该邻域点为新的种子点重复以上处理，直到区域不能继续增长时，就得到水体区域。
【文档编号】G06T5/50GK103489177SQ201210261927
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年7月26日 优先权日:2012年6月12日
【发明者】秦晓东, 刘纪元 申请人:中国科学院声学研究所