科學家提出一種改進的前視聲納水下目標三維可視化方

2020-12-08 騰訊網

點擊上方「溪流之海洋人生」即可訂閱哦

隨著對水下場景探索的不斷研究，三維成像聲納能得到比二維直觀的目標圖像。聲納設備發射聲波，並根據回波信號進行定位和成像。但是每幀巨大的數據量和環境幹擾給目標識別和可視化帶來極大的困難。

為了得到目標的真實拓撲結構，中國科學院聲學研究所水聲工程中心博士生曾騰與其導師、研究員張春華以及副研究員王朋等人共同提出了一種改進的前視聲納水下目標三維可視化方案，完成了回波仿真、三維成像、點雲分割和重建的可視化處理流程，獲得了準確的前視聲納目標三維可視化效果。

相關研究成果近期在線發表於國際學術期刊IEEE Access。

圖1 前視聲納三維可視化方案流程圖

該項研究對淺水強混響環境下的目標進行了回波仿真和三維成像，分析了混響給三維成像帶來的影響；並針對環境幹擾帶來的噪點和異常點，提出一種基於局部異常因子(LOF, Local Outlier Factor)的全局迭代閾值分割方法，首次將數據挖掘的思想應用於三維成像聲納信號處理中，有效地在保持目標特徵的前提下去除幹擾信息；另外提出了一種基於隨機採樣一致性(RANSC, Random Sample Consensus)的Power Crust重建算法，提高了目標重建的視覺效果。

圖2 原始數據（左）與目標拓撲結構（右）

對於三維聲納獲取的回波數據，很難直接對目標進行識別，該研究通過這種改進的可視化方案，大大提高了目標的視覺效果，並減小了數據量。未來將對水下潛器的障礙物規避和海洋環境的場景繪製開展研究，提高實現準確率，帶來更加真實直觀的感受。

該研究得到中科院青年創新促進會的資助。

1

END

1

文章來源：中國科學院聲學研究所

相關閱讀推薦

論文專區▏側掃聲納探測技術的研究現狀及發展

海洋技術▏側掃聲吶數據採集與地貌圖像構建

海洋技術▏聲納技術的發展道路

水聲技術▏國外聲吶技術研究現狀與發展趨勢

知識窗▏「聲吶」還是「聲納」，不能混淆不清

相關焦點

  • 一種改進的前視聲納水下目標三維可視化方案
    打開APP 一種改進的前視聲納水下目標三維可視化方案 發表於 2019-11-30 07:02:00 隨著對水下場景探索的不斷研究，三維成像聲納能得到比二維直觀的目標圖像。
  • 前視聲納系統成像視覺改進與實現
    摘要：視覺效果良好的聲納圖像可以更加清晰地呈現水下場景，是目標定位與識別的重要依據。本文在多波束掃描成像模型的基礎上，分析了影響前視聲納系統成像視覺的主要因素，並對系統進行了優化與實現。最後通過對複雜場景的成像測試驗證了圖像視覺效果改進方法的有效性。引言　　成像聲納系統作為水下探測器的主要感官，擔負著發現前方目標，對目標成像、定位、識別和跟蹤的任務，所起的作用相當於人的視覺部分，故也稱其為聲視覺系統[1]。獲得視覺效果良好的水下聲學圖像是聲納系統高效完成任務的重要保障。
  • 水下機器人的種類及國內現狀
    作為無人武器系統重要組成部分的水下機器人能夠以水面艦船或潛艇為基地，在數十或數百裡的水下空間完成環境探測、目標識別、情報收集和數據通訊，將大大地擴展了水面艦船或潛艇的作戰空間。尤其是自主航行的水下機器人，它們能夠更安全地進入敵方控制的危險區域，能夠以自主方式在戰區停留較長的時間，是一種效果明顯的兵力倍增器。
  • 2020「水下目標檢測算法賽」賽題解析——聲學圖像
    其中所用到的聲納技術均為成像聲納技術，側掃聲納和前視聲納為採集圖像的主要設備。兩種設備主要用於探測水下靜止目標物，並給出目標的距離、方位、高度和圖像。圖 3 側掃聲吶工作時，聲波的發射基陣以一定的俯仰角和左右兩個扇面向兩側的水體中發射聲波脈衝信號，同時接受基陣接受回波信號並根據回波到達的時間及其強度繪製海洋環境的聲吶圖像 而前視聲納與側掃聲納工作原理類似。
  • 雷射聲納探測技術研究
    點擊上方「溪流之海洋人生」即可訂閱哦 在進行海洋地下資源的開發時，了解水下具體的三維結構對水下工程的施工具有巨大幫助。傳統的二維聲納已經遠不能滿足人們對三維立體模型的構建，需要一個解析度更高、能夠清晰地看清地下水結構模型及目標的技術，從而為工程施工提供更多細節描述。
  • 怎麼用聲納尋水下搜索馬航失聯飛機?
    [導讀]如果在水下進行搜索，聲納是最有效的探測手段之一。看到搜救力量已經在利用聲納進行水下搜索，這種方式靠譜麼？騰訊科技：3月12日，中國海軍發言人梁陽稱，為了搜救失聯客機，海軍搜救力量將通過吊放式精測聲吶、成像聲吶、水下電視、水下機器人等，發揮艦艇夜航優勢，進行24小時不間斷搜索。目前搜索的關鍵目標之一是失聯飛機的黑匣子，如果落入水中，黑匣子會發出一定頻率的信號，可以通過聲納來探測到。
  • 美開發出適合無人水下航行器的小型成像聲納系統
    據中國國防科技信息網報導，Teledyne BlueView科技公司新開發的M系列2D多波束成像聲納系統已經開始發貨。這是一種用於水下導航、監視、目標跟蹤和執行其他水下成像任務的小型實時高解析度聲納成像系統。 　　新系統比該公司的P900系列聲納系統小30%，而特性和功能相同，尤其適用於無人水下航行器(UUV)。
  • 聲納技術發明時,有哪些故事?
    聲納，又譯聲吶，是英文縮寫SONAR的音譯，它是一種利用聲波在水下的傳播特性來進行導航和測距，再通過電聲轉換和信息處理，完成水下探測和通訊任務的電子設備。分主動式和被動式兩種類型，屬於聲學定位的範疇。聲吶技術至今已有100年歷史，那麼，它是怎麼發明的呢？
  • 水下「順風耳」——記海軍某潛艇部隊聲納技師張磊
    新華社三亞11月22日電　題：水下「順風耳」——記海軍某潛艇部隊聲納技師張磊曾利輝、黃育平、吳登峰「報告艇長，發現異常噪聲！」聲納兵大聲報告。艇長立即下達「變深機動」命令，大洋深處，鋼鐵巨鯨規避、隱藏、突防……與對手玩起了「貓捉老鼠」的遊戲。
  • 聲納對海洋有危害嗎?
    曾有新聞報導，美國的環境保護團體「地球正義」懷疑，美國海軍曾於10月19日和20日在聖地牙哥附近海域舉行演習，其間使用的聲納可能是致死寬吻海豚的罪魁禍首。專門受理環保相關案件的律師說，聲納發出的一個水下脈衝信號就足以讓100米開外的一頭海洋哺乳動物永久性「失聰」，因此聲納的使用對海豚、鯨等聽力敏感的海洋生物會造成負面影響。
  • 光碟機動聲納可以從空中探測海洋
    納測量聲波從物體上反彈並傳回接收器所需的時間，是可視化水下地形或檢查海基結構物的最佳方法。不過，聲納系統必須部署在船隻或浮標上，這樣會使其速度變慢，並限制了它們能覆蓋的區域。然而，史丹福大學的工程師們已經開發出一種新的光和聲混合技術。他們認為，飛機可以使用這種雷射/聲納組合技術來掃描海洋表面，以獲得水下物體的高解析度圖像。
  • 聲波的特殊應用 聲納對海洋有危害嗎?
    知識點：聲納，也寫作聲吶，指的是利用聲波在水下的傳播特性，通過電聲轉換和信息處理，對水下的目標進行探測、定位和通信的一種電子設備。
  • 量子技術水下探測實力不俗，中國反潛力量或將遙遙領先，專家：載機平臺也很重要
    近些年來，我國特別注重在量子技術領域的研究，在我國科學家公布的消息來看，使用量子糾纏進行通訊，這種方式擁有著極高的效率，同時有現有通訊水平無法滿足的保密安全性能，這也被視為了下一代軍用通訊的利器，所謂量子概念就是物理量最小不可分割單位，儘管這一概念早在19世紀後期就已經被提出，但是關於量子的大量利用和研究，直到本世紀才開始興起。
  • 聲納圖像動態範圍擴展與FPGA實現
    編者按：本文針對成像聲納擴展圖像動態範圍和增強圖像細節的需求，提出了一種基於開方運算的動態範圍擴展方法。基於課題組研製的多波束成像聲納原理樣機的研製，分析了數據動態範圍壓縮導致圖像細節丟失的原因及其對成像質量的影響，採用JPL快速平方根近似算法改善了開方運算FPGA實現過程的資源佔用和系統延時。最後，對改進設計方案進行了實驗驗證，通過多波束成像聲納系統的消聲水池實驗證明了本文動態範圍擴展方法的有效性和可行性，系統成像質量改善明顯，達到優化設計的預期目標。
  • 外太空一道雷射,探測5百米水下美軍潛艇?為反潛,我國找到奇招
    然後通過傳感器拾取，並通過計算機分析，就能確定目標的位置，速度和三維形狀。根據公開提供的信息，美國和前蘇聯進行的這類實驗，最大探測深度不到100米。最高紀錄由DARPA開發的雷射裝置實現，安裝在間諜飛機上，在200米的深度上探測到水下目標。 但有人懷疑500米的探測目標能否實現。
  • 科學家發現鯨魚集體擱淺的原因,可能是被潛艇聲納嚇著了
    科學家們認為這些喙鯨的擱淺與軍方的聲納幹擾有關。儘管以往科學家已經認識到軍用潛艇發出低頻聲納會影響鯨魚的活動，但對更具體的原因卻莫衷一是。現在科學家的研究有了新的進展，近期由 21 位研究者發布於《英國皇家學會學報》（Royal Society journal Proceedings B）的一篇論文給出了進一步解釋，簡單地說：軍方的低頻聲納對鯨魚產生了驚嚇。
  • 科學家擬態盲魚毛髮開發水下探測器
    顯微鏡下盲魚身上微細毛髮的照片 儘管盲魚看不見東西，它們卻能通過身體長出來的一種表面覆蓋著凝膠的細小毛髮感知周圍的環境和水流的動向
  • 從亞航事件淺析光纖水下聲音探測技術
    聲吶，是一種利用聲波在水下的傳播特性，通過電聲轉換和信息處理，完成水下探測和通信任務的電子系統設備。二戰時期，德軍創造了海戰史上著名的「狼群戰術」，聲吶在德軍潛艇發現與摧毀目標過程中發揮了巨大作用。　　然而2009年2月，一次不可思議的英法潛艇水下「親密接觸」事件，把「聲吶」這個既古老又飽含現代高科技味道的名詞呈現在了世人面前。
  • 美國研究連續主動聲納技術可用於反潛和獵雷
    美國海軍潛艇上裝備的聲納都是最先進的韓國"天安"號事件的發生，再次引發了各國海軍對潛艇等水下目標探測能力的關注。據外電報導，美國海軍為了加強反潛能力，準備在未來聲納上運用一種新技術，那就是連續主動聲納技術（CAS）。
  • [圖]受到洞穴盲魚的啟發 南洋理工開發出了水下航行器的傳感系統
    現在，新加坡南洋理工大學和麻省理工學院的科學家們，已經成功地複製了洞穴盲魚的側線設計，並造出了一個人造系統，能夠讓自主水下航行器(水下機器人)的導航更準確、更有效。 一條洞穴盲魚通常情況下，水下機器人使用相機、聲納和水下聲學定位系統。