本發(fā)明屬于海底目標(biāo)探測，更具體地，涉及一種水下地形及目標(biāo)物的立體成像方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、以下是水下探測技術(shù)的一些現(xiàn)狀和趨勢：

2、1.聲學(xué)探測

3、多波束測深系統(tǒng)（mbes）：廣泛用于海底地形測繪，能夠生成高分辨率的海底地形圖。mbes利用多個(gè)聲束同時(shí)探測不同角度的海底，提供詳細(xì)的地形數(shù)據(jù)。

4、側(cè)掃聲吶（sss）：主要用于大面積的海底覆蓋探測，能夠識別海底的障礙物和人造結(jié)構(gòu)。它利用聲波在海底反射形成圖像，常用于沉船搜索和水下考古。

5、水下聲波通信：用于傳輸數(shù)據(jù)和進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。由于水下電磁波傳播效果差，聲波成為主要的通信手段，廣泛應(yīng)用于水下機(jī)器人和傳感器網(wǎng)絡(luò)。

6、2.光學(xué)探測

7、水下激光掃描：在清澈水域中，通過激光掃描技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高精度的海底地形和物體成像。激光掃描儀能夠在水下環(huán)境中捕獲精細(xì)的三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。

8、水下攝影：用于高分辨率的圖像捕捉，常用于生物監(jiān)測和海底工程檢查。水下攝影技術(shù)依賴于高性能的攝像機(jī)和照明系統(tǒng)來克服光線衰減的問題。

9、但是現(xiàn)有技術(shù)中并沒有一種技術(shù)方案能夠準(zhǔn)確的對水下地形及目標(biāo)物進(jìn)行立體成像。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種水下地形及目標(biāo)物的立體成像方法，包括：

2、步驟101，向水下地形及目標(biāo)物發(fā)射聲波或光波；

3、步驟102，設(shè)置聲波或光波的第一水下波動(dòng)模型，用于獲取水下環(huán)境中的波動(dòng)信息，包括波的衰減、散射和非線性效應(yīng)；

4、步驟103，設(shè)置聲波或光波的多頻段耦合的第二水下波動(dòng)模型，用于通過多頻段的耦合，捕捉水下波動(dòng)的細(xì)節(jié)，增強(qiáng)成像的精度；

5、步驟104，求解所述第一水下波動(dòng)模型和所述第二水下波動(dòng)模型，生成第一波動(dòng)函數(shù)和第二波動(dòng)函數(shù)，并設(shè)置三維圖像生成模型，獲得最終三維圖像結(jié)果。

6、進(jìn)一步的，聲波或光波的第一水下波動(dòng)模型，具體包括：

7、，

8、其中，為拉普拉斯算子，為用于描述在時(shí)間時(shí)水下位置處聲波或光波的振幅及相位的第一波動(dòng)函數(shù)，為在時(shí)間時(shí)水下位置處聲波或光波的波速，為水下波動(dòng)函數(shù)的第一調(diào)整因子，為水下波動(dòng)函數(shù)的第二調(diào)整因子，為水下波動(dòng)函數(shù)的第三調(diào)整因子，為用于描述聲波或光波從水下位置處到水下位置處的傳播和散射過程的格林函數(shù)，為用于描述在時(shí)間時(shí)水下位置處聲波或光波的振幅及相位的波動(dòng)函數(shù)。

9、進(jìn)一步的，聲波或光波的多頻段耦合的第二水下波動(dòng)模型，用于通過多頻段的耦合，捕捉水下波動(dòng)的細(xì)節(jié)，增強(qiáng)成像的精度，具體包括：

10、，

11、，

12、其中，為頻段數(shù)，為用于描述在時(shí)間時(shí)水下位置處聲波或光波的振幅及相位的第個(gè)頻段的第二波動(dòng)函數(shù)，為第個(gè)頻段在時(shí)間時(shí)水下位置處聲波或光波的波速，為第個(gè)頻段的水下波動(dòng)函數(shù)的第一調(diào)整因子，為第個(gè)頻段和第個(gè)頻段之間的耦合系數(shù)，為用于描述聲波或光波的第個(gè)頻段從水下位置處到第個(gè)頻段水下位置處的傳播和散射過程的格林函數(shù)，為用于描述在時(shí)間時(shí)水下位置處聲波或光波的振幅及相位的第個(gè)頻段的第二波動(dòng)函數(shù)。

13、進(jìn)一步的，將所述第一波動(dòng)函數(shù)和所述第二波動(dòng)函數(shù)進(jìn)行加權(quán)平均，并進(jìn)行傅里葉變換，生成最終水下波動(dòng)函數(shù)。

14、進(jìn)一步的，所述三維圖像生成模型包括：

15、，

16、其中，為水下位置處的最終三維圖像結(jié)果，為頻率域的最終水下波動(dòng)函數(shù)，為第個(gè)頻段的最終水下波動(dòng)函數(shù)的第一調(diào)整因子，為第個(gè)頻段的最終水下波動(dòng)函數(shù)的第二調(diào)整因子，為進(jìn)行傅里葉變換后的頻率域的格林函數(shù)。

17、本發(fā)明還提出一種水下地形及目標(biāo)物的立體成像系統(tǒng)，包括：

18、探測模塊，用于向水下地形及目標(biāo)物發(fā)射聲波或光波；

19、第一分析模塊，用于設(shè)置聲波或光波的第一水下波動(dòng)模型，用于獲取水下環(huán)境中的波動(dòng)信息，包括波的衰減、散射和非線性效應(yīng)；

20、第二分析模塊，用于設(shè)置聲波或光波的多頻段耦合的第二水下波動(dòng)模型，用于通過多頻段的耦合，捕捉水下波動(dòng)的細(xì)節(jié)，增強(qiáng)成像的精度；

21、圖像生成模塊，用于求解所述第一水下波動(dòng)模型和所述第二水下波動(dòng)模型，生成第一波動(dòng)函數(shù)和第二波動(dòng)函數(shù)，并設(shè)置三維圖像生成模型，獲得最終三維圖像結(jié)果。

22、進(jìn)一步的，聲波或光波的第一水下波動(dòng)函數(shù)，具體包括：

23、，

24、其中，為拉普拉斯算子，為用于描述在時(shí)間時(shí)水下位置處聲波或光波的振幅及相位的波動(dòng)函數(shù)，為在時(shí)間時(shí)水下位置處聲波或光波的波速，為水下波動(dòng)函數(shù)的第一調(diào)整因子，為水下波動(dòng)函數(shù)的第二調(diào)整因子，為水下波動(dòng)函數(shù)的第三調(diào)整因子，為用于描述聲波或光波從水下位置處到水下位置處的傳播和散射過程的格林函數(shù)，為用于描述在時(shí)間時(shí)水下位置處聲波或光波的振幅及相位的波動(dòng)函數(shù)。

25、進(jìn)一步的，聲波或光波的多頻段耦合的第二水下波動(dòng)函數(shù)，用于通過多頻段的耦合，捕捉水下波動(dòng)的細(xì)節(jié)，增強(qiáng)成像的精度，具體包括：

26、，

27、，

28、其中，為頻段數(shù)，為用于描述在時(shí)間時(shí)水下位置處聲波或光波的振幅及相位的第個(gè)頻段的第二波動(dòng)函數(shù)，為第個(gè)頻段在時(shí)間時(shí)水下位置處聲波或光波的波速，為第個(gè)頻段的水下波動(dòng)函數(shù)的第一調(diào)整因子，為第個(gè)頻段和第個(gè)頻段之間的耦合系數(shù)，為用于描述聲波或光波的第個(gè)頻段從水下位置處到第個(gè)頻段水下位置處的傳播和散射過程的格林函數(shù)，為用于描述在時(shí)間時(shí)水下位置處聲波或光波的振幅及相位的第個(gè)頻段的第二波動(dòng)函數(shù)。

29、進(jìn)一步的，將所述第一波動(dòng)函數(shù)和所述第二波動(dòng)函數(shù)進(jìn)行加權(quán)平均，并進(jìn)行傅里葉變換，生成最終水下波動(dòng)函數(shù)。

30、進(jìn)一步的，所述三維圖像生成模型包括：

31、，

32、其中，為水下位置處的最終三維圖像結(jié)果，為頻率域的最終水下波動(dòng)函數(shù)，為第個(gè)頻段的最終水下波動(dòng)函數(shù)的第一調(diào)整因子，為第個(gè)頻段的最終水下波動(dòng)函數(shù)的第二調(diào)整因子，為進(jìn)行傅里葉變換后的頻率域的格林函數(shù)。

33、總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

34、本發(fā)明通過設(shè)置聲波或光波的第一水下波動(dòng)模型，用于獲取水下環(huán)境中的波動(dòng)信息，包括波的衰減、散射和非線性效應(yīng)；設(shè)置聲波或光波的多頻段耦合的第二水下波動(dòng)模型，用于通過多頻段的耦合，捕捉水下波動(dòng)的細(xì)節(jié)，增強(qiáng)成像的精度；設(shè)置三維圖像生成模型，能夠準(zhǔn)確的對水下地形及目標(biāo)物進(jìn)行立體成像，獲得最終三維圖像結(jié)果。

技術(shù)特征：

1.一種水下地形及目標(biāo)物的立體成像方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的一種水下地形及目標(biāo)物的立體成像方法，其特征在于，聲波或光波的第一水下波動(dòng)模型，具體包括：

3.如權(quán)利要求2所述的一種水下地形及目標(biāo)物的立體成像方法，其特征在于，聲波或光波的多頻段耦合的第二水下波動(dòng)模型，用于通過多頻段的耦合，捕捉水下波動(dòng)的細(xì)節(jié)，增強(qiáng)成像的精度，具體包括：

4.如權(quán)利要求3所述的一種水下地形及目標(biāo)物的立體成像方法，其特征在于，將所述第一波動(dòng)函數(shù)和所述第二波動(dòng)函數(shù)進(jìn)行加權(quán)平均，并進(jìn)行傅里葉變換，生成最終水下波動(dòng)函數(shù)。

5.如權(quán)利要求4所述的一種水下地形及目標(biāo)物的立體成像方法，其特征在于，所述三維圖像生成模型包括：

6.一種水下地形及目標(biāo)物的立體成像系統(tǒng)，其特征在于，包括：

7.如權(quán)利要求6所述的一種水下地形及目標(biāo)物的立體成像系統(tǒng)，其特征在于，聲波或光波的第一水下波動(dòng)函數(shù)，具體包括：

8.如權(quán)利要求7所述的一種水下地形及目標(biāo)物的立體成像系統(tǒng)，其特征在于，聲波或光波的多頻段耦合的第二水下波動(dòng)函數(shù)，用于通過多頻段的耦合，捕捉水下波動(dòng)的細(xì)節(jié)，增強(qiáng)成像的精度，具體包括：

9.如權(quán)利要求8所述的一種水下地形及目標(biāo)物的立體成像系統(tǒng)，其特征在于，將所述第一波動(dòng)函數(shù)和所述第二波動(dòng)函數(shù)進(jìn)行加權(quán)平均，并進(jìn)行傅里葉變換，生成最終水下波動(dòng)函數(shù)。

10.如權(quán)利要求9所述的一種水下地形及目標(biāo)物的立體成像系統(tǒng)，其特征在于，所述三維圖像生成模型包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種水下地形及目標(biāo)物的立體成像方法及系統(tǒng)，該方法包括：向水下地形及目標(biāo)物發(fā)射聲波或光波；設(shè)置聲波或光波的第一水下波動(dòng)函數(shù)，用于獲取水下環(huán)境中的波動(dòng)信息，包括波的衰減、散射和非線性效應(yīng)；設(shè)置聲波或光波的多頻段耦合的第二水下波動(dòng)函數(shù)，用于通過多頻段的耦合，捕捉更多水下波動(dòng)的細(xì)節(jié)，增強(qiáng)成像的精度；求解所述第一水下波動(dòng)函數(shù)和所述第二水下波動(dòng)函數(shù)，并設(shè)置三維圖像生成模型，獲得最終三維圖像結(jié)果。

技術(shù)研發(fā)人員：丁少春,黃勇,童玲婉,宋云衢,楊新峰,安楠,鮑習(xí)中
受保護(hù)的技術(shù)使用者：寧波博海深衡科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10