一种启发式的水下结构化环境线特征提取方法技术

本发明专利技术属于声呐技术中信号处理领域，具体涉及一种启发式的水下结构化环境线特征提取方法。步骤有：获取机械扫描成像声呐原始数据；在载体系下进行声纳数据处理，并进行二值化处理，得到用于特征提取的点集；在载体系下使用投票算法进行投票以提取出结构化环境的直线特征；用启发式方法处理直线特征，得到能够描述结构化环境的线段特征；基于导航系统得到载体的位置信息和航姿信息，进而将提取到的线段特征转换到全局坐标系下。本发明专利技术解决了目前的机械式扫描前视声呐所运用的算法对水下结构化环境线特征提取不完备的问题，使用本方法从结构化环境中提取线段特征的准确率大于90％，并且本发明专利技术适用于水下同步定位与建图以及水下结构化环境特征建模。

A heuristic method for underwater structured environmental line feature extraction

【技术实现步骤摘要】
一种启发式的水下结构化环境线特征提取方法
本专利技术属于声呐技术中信号处理领域，具体涉及一种启发式的水下结构化环境线特征提取方法。
技术介绍
海洋大约占据了70％的地球表面积，蕴藏着丰富的矿产、天然气和石油等资源，中国作为一个海岸线绵长的国家，考虑到日益短缺的陆地资源，是否能合理的开采和利用海洋资源具有非常重要的经济意义和战略目的。我们利用声成像技术来观察水下地形地貌和水中物体，所谓声成像技术就是利用声波作为信息传递的载体,以各类声学仪器为成像设备的计算机图像显示及分析技术。声波具有在水中传播很远的距离、探测范围大的特性，其工作原理是利用主动发声设备发射声波,再由接收器接收声波,所接收的声波中便会携带空间中物体的信包、,通过计算机处理便可以形成一维或多维图像,并通过计算机显示设备将其显示出来便人们根据图像对事件做出迅速而正确地反映。为了高效准确的观察海洋环境，我们可以在自主式水下机器人(AutonomousUnderwaterVehicles,简称AUV)上安装前视声呐，而随着海洋产业的不断发展，我们对水下机器人的声呐的智能化水平要求日益提高，水下环境建模作为水下机器人探索海洋的重要本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种启发式的水下结构化环境线特征提取方法,其特征在于,具体的实现步骤如下：步骤1获取机械扫描成像声呐原始数据；步骤2.对所述声呐原始数据进行动态阈值分割，并进行二值化处理，得到用于特征提取的候选点集合；步骤3.在载体系下使用投票算法对步骤1中的候选点集合进行投票进而提取出结构化环境的直线特征；步骤4.用启发式方法处理直线特征得到描述结构化环境的线段特征；步骤5.基于导航系统得到载体的位置信息和航姿信息，将提取到的线段特征转换到全局坐标系下。

【技术特征摘要】
1.一种启发式的水下结构化环境线特征提取方法,其特征在于,具体的实现步骤如下：步骤1获取机械扫描成像声呐原始数据；步骤2.对所述声呐原始数据进行动态阈值分割，并进行二值化处理，得到用于特征提取的候选点集合；步骤3.在载体系下使用投票算法对步骤1中的候选点集合进行投票进而提取出结构化环境的直线特征；步骤4.用启发式方法处理直线特征得到描述结构化环境的线段特征；步骤5.基于导航系统得到载体的位置信息和航姿信息，将提取到的线段特征转换到全局坐标系下。2.根据权利要求1所述的一种启发式的水下结构化环境线特征提取方法，其特征在于，步骤2具体为：步骤2.1.在载体系下将声呐最新扫描过的180度的原始数据作为特征提取原始数据集；步骤2.2.对最新扫描过的180度原始声呐数据进行处理，对所有bin设立动态阈值进行阈值分割，得到二值化的bin数据，将所有bin值为1的点作为特征提取的点集。3.根据权利要求1所述的一种启发式的水下结构化环境线特征提取方法，其特征在于，步骤3具体为：步骤3.1.选取载体系处理数据，将坐标系原点即载体在全局坐标系下的位置记为(xB,yB)；步骤3.2.初始化用于投票的离散化累加器，离散化累加器是投票的具体表现形式，投票算法对bin值为1的点进行投票，采用投票算法在载体系下提取直线特征，使用离散化累加器记录每条直线在投票过程中得到的票数，每次开始投票前离散化累加器中票数应初始化为0；所述离散化累加器用于记录所有备选直线出现的次数，离散化累加器的具体形式可表示为矩阵，以如下方式表示其中矩阵的第i行、第j列数据aij是载体系下某一特定备选直线出现次数(即投票票数)，该备选直线的参数通过i和j来确定；步骤3.3.计算特征提取的点集内每个bin值为1的点的所有备选直线的参数，同时在离散化累加器内投票，公式(1)为声呐的投票模型，通过该公式计算过每个波束上的任意一个bin所在的位置处的所有备选直线的参数，即直线对应的角度θi-B和距离ρij-B：步骤3.4.计算参数的过程中同时进行投票，在步骤3.3的计算所有bin值为1的点的备选直线的参数过程中，每计算出一条备选直线的参数，按照最邻近原则匹配到累加器中最接近该参数的离散化参数处，在累加器中该参数位置处票数加1，所有bin值为1的点处备选直线全部计算完成后，投票完成并得到完整的投票空间；步骤3.5.提取直线，若仅需要提取一条直线，则在投票空间中寻找票数最高的位置，若该直线大于预设的票数阈值，将其对应的直线选为目标直线，否则不存在可提取的直线；如果要提取一条以上的直线，选出所有票数大于票数阈值的备选直线，若选出的直线中任意两条直线满足非相似关系，其中非相似关系指两条直线间角度和距离中某一项差值大于预设差异阈值，角度和距离的预设差异阈值不同，则这些备选直线均可作为目标直线；若有两条直线不满足相似关系，则舍掉票数更小的直线...

【专利技术属性】
技术研发人员：张强，牛伯城，马腾，李晔，范彦福，黄海，李岳明，张国成，曹建，廖煜雷，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23