一种水下亚波长分辨率三维成像方法技术

本发明专利技术公开了一种水下亚波长分辨率三维成像方法，包括以下步骤：(1)声信号发射；(2)声透镜波束形成；(3)声信号接收、调理；(4)图像处理及显示：根据声透镜的成像规律得到的二维数据，使用发射和接收的时间得到的距离数据，结合水声传感器的接收的电信号即可得到三维水声数据；将三维水声图像数据进行图像增强、图像分割，最后使用开源可视化程序库VTK，实现目标三维成像。反射声波通过声透镜聚焦并形成波束，大大减少普通成像系统的硬件电路，由于声子晶体的负折射特性实现了亚波长声成像；采用介观压阻的新型水声传感器，对水声信号有较好的响应特性，实现了微弱水声信号的有效转化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术公开了一种水下三维声成像方法，属于水声学成像系统研究领域，特别是公开了一种水下目标三维成像方法。
技术介绍
近年来水下声成像系统研究，特别是实时三维水下声成像系统研究引起了各国政府、机构和学者的广泛关注。在我国由于海洋资源开发和环境监测以及军事防卫等多方面的需求，对三维声成像和水声图像处理技术的研究日益受到重视。水下声学成像系统是通过处理海底或水中物体的反向散射回波进行成像的。在成像过程中可得到二维声图像、三维声图像以及二维三维镶嵌的声图像。水下声学成像系统研究由于其工作机理、获取图像方式以及应用场合的不同，可按照波束形成方式分为电子波束式(侧扫声纳系统，合成孔径声纳，前视声纳系统)和声透镜波束式(声透镜系统)。侧扫声纳技术在国外已经相当成熟，其中比较有特点的包括Klein550系列多波束侧扫声纳以及EdgeTech公司用于AUV的2200系列侧扫声纳。近年来，中科院声学与中船重工集团联合研制成功国内首台“高分辨测深侧扫声纳”。在合成孔径声纳方面国外已经取得了突破性的进展，分辨能力已从米、分米发展到厘米量级。而我国在合成孔径方面已于 2005年对样机进行了海上实验，取得了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水下亚波长分辨率三维成像方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)声信号发射：单片机控制电路启动高频脉冲发射电路产生超声脉冲，通过MEMS电声换能单元对准水下目标发射声波，同时记录发射时间并存储在数据存储器RAM中；(2)声透镜波束形成：发射的声波遇到水下目标，在目标表面产生反射声波，反射声波通过由声子晶体声透镜，形成波束，并在声透镜焦点位置聚焦；(3)声信号接收、调理：水声传感器在焦点位置接收声透镜聚焦的水声信号，将其转变为电信号，信号调理电路对该电信号进行放大、滤波，再利用转换器将处理后的模拟信号转换为数字信号，同时计算和记录反射声波到达时间并存储在数据存储器RAM中；(4)图像处理及显示...

【技术特征摘要】
1.一种水下亚波长分辨率三维成像方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)声信号发射单片机控制电路启动高频脉冲发射电路产生超声脉冲，通过MEMS电声换能单元对准水下目标发射声波，同时记录发射时间并存储在数据存储器RAM中； (2)声透镜波束形成发射的声波遇到水下目标,在目标表面产生反射声波,反射声波通过由声子晶体声透镜，形成波束，并在声透镜焦点位置聚焦； (3)声信号接收、调理水声传感器在焦点位置接收声透镜聚焦的水声信号，将其转变为电信号，信号调理电路对该电信号进行放大、滤波，再利用转换器将处理后的模拟信号转换为数字信号，同时计算和记录反射声波到达时间并存储在数据存储器RAM中； (4)图像处理及显示根据声透镜的成像规律得到的二维数据，使用发射和接收的时间得到的距离数据，结合水声传感器的接收的电信号即可得到三维水声数据；将三维水声图像数据进行图像增强、图像分割，最后使用开源可视化程序库VTK，实现目标三维成像。2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于声信号发射主要由MEMS换能器及单片机控制、存储电路组成，实现声信号发射的参数控制及时间记录；声波发射前，单片机控制电路启动高频脉冲发射电路产生超声脉冲，对准水下目标进行声波发射，控制电路同时记录发射时间t1;并把h的值准确的记录在数据存储器RAM中；声波发射模块的MEMS换能器有很好的指向性，参数可根据实际需要调整，可以在控制电路的作用下工作。3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于声透镜波束形成主要由声子晶体组成声透镜，接收水下目标发射的声波，进行聚焦并形成波束；按照声透镜成像模型拟定好水下目标在接收阵列中的成像位置，声波在水中传播，当遇到水下目标时反射声波，反射的水声信号由声子晶体构成的声透镜形成波束，并在焦点位置聚焦。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于声透镜由声子晶体组成，声子晶体的材料是包覆软性的硅橡胶的铅球，直径约为1cm，以简单立方体晶格...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩建宁，温廷敦，许丽萍，李永红，沈轶闻，张弛，杨鹏，韩露，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：