带通采样频域波束形成

常规波束形成算法都是基于过采样率的,这使得多波束成像声呐系统因采样率高,数据吞吐量大,体积．成本和功耗等都很大。本文提出了一种基于帝通采样的频域波束形成算法,将带通采样信号的各频谱分量搬移到原始频谱位置,再进行相位补偿,进而实现带通采样频域波束形成。对其算法进行了仿真,并通过处理海试数据,验证该算法的有效性,为解决多波束成像声呐系统的小型化提供了技术支撑。     

利用多波束水体成像数据进行管道气体泄漏检测

针对当今海底天然气输送管道泄漏事件频频发生的现象,以多波束测深声纳的水体成像数据作为数据来源,设计了一种针对海底天然气管道的泄漏检测方法。该方法主要结合旁瓣抑制和海底底部检测以提高气体泄漏检测的稳定性和可靠性,通过水体成像数据的预处理、形态学处理、最大熵分割及连通区域目标标记等处理流程,得到泄露气体的疑似目标区域。水体成像数据采用真实水池测试数据,通过检测结果可证明该方法能够有效提取泄漏气体的疑似区域,并为之后水体目标检测、识别奠定基础,具有较好的工程应用前景。     

水下航行器自由视角探测的多波束声呐仿真

针对水下航行器运动与水下声学感知过程中因多因素强耦合导致相关联合仿真模型缺失问题,提出一种适用于水下自由视角探测的运动位姿和声呐图像高逼真耦合仿真方法．首先建立多波束图像声呐几何模型,并提出声呐视域简化方法,实现声呐图像快速生成;其次建立水下地形、航行器路径和探测视角耦合的自由扫测模型,实现水下自由视角扫测与成像;最后针对声呐图像干扰的高逼真仿真问题,提出一种基于实测数据拟合的结构化噪声和回波重影建模方法,进一步提高仿真声呐图像的逼真度．实验结果表明：该模型能够有效实现水下航行器自由视角扫测过程的位姿和声呐数据组合仿真,生成具有一定逼真度的多波束声呐图像．     

基于时空上下文信息的混合交通视频检测算法

前景物体的边缘信息对混合交通视频检测的参数提取和表达具有非常重要的作用. 为克服孤立地利用当前图像无法准确提取边缘信息的问题,提出了基于时空上下文表达的混合交通边缘提取新算法. 在获取当前边缘信息基础上,结合运动目标的特征属性与时空上下文相关信息,通过检索文本的关联性,进行前景边缘提取. 实验表明,文中算法能够准确而充分利用上下文信息实现前景边缘的提取,前景边缘的有效提取率可达95%以上,为后续混合交通视频检测的分类识别和参数提取提供了有效的依据.      

双目视觉下基于边缘特征的机器人作业环境检测方法

作业环境的实时信息是工业机器人智能决策的重要依据,针对三维环境信息检测的实时性和自适应性,文中提出了一种基于双目视觉的机器人作业环境(目标体或障碍物的形状、尺寸和位置)检测方法.首先,将Canny算子和Otsu算法相结合,采用降采样和压缩梯度幅值级策略实现目标边缘的自动检测;接着采用基于灰度相关的边缘点分类匹配算法对边缘点进行分类和匹配,解决了传统立体匹配难以兼顾效率与精度的问题;然后基于点云数据环形排序数据结构型式,提出了基于边缘曲率角的轮廓三维几何及位置信息的自动提取方法.机器人自主作业中实时检测动态环境实验结果表明,文中提出的方法能准确地获取作业环境中物体的三维信息,正确分辨出作业目标和障碍物,检测平面尺寸平均误差为0.65%,高度误差为1.69%,机器人能依据目标位置和动态障碍物的实时位置实现预期的作业任务.     

空间目标成像的边缘检测方法研究

卫星事业的发展,使得人们有机会获取卫星在太空运行的图像资料。在很多情况下,比如对图像进行感兴趣区域图像压缩等应用,都需要对空间目标成像进行边缘检测。文中研究了边缘检测的原理和各种算法,并且通过实际试验,验证了各种检测方法在空间目标成像中的边缘检测效果,为空间目标成像的边缘检测打下坚实的理论基础。     

基于旋转天线的二维高分辨成像算法

受涡旋电磁波产生方法和自旋目标成像方法的启发,提出了基于旋转天线的二维高分辨成像方法。首先构造了基于旋转天线的雷达观测模型;利用距离向傅里叶变换获取目标的距离仿真,推导出了包含目标方位角信息的多普勒效应的正弦表达式;最后将正交匹配追踪算法应用到该正弦信号中,重构出目标的方位角,有效提升了雷达波束范围内的方位角分辨能力。仿真实验证明,该算法对雷达性能要求较低,克服了成像质量对纯净的高模态涡旋电磁波的依赖,实现了对静止目标的二维高分辨成像。     

基于PCNN与混合加权的多波束声呐图像镶嵌方法

多波束声呐图像是进行海底底质分类与目标识别的主要数据源之一。原始反向散射强度经过改正处理后仍存在残余误差,需要进行图像镶嵌以削弱残差的影响,构建大区域声呐图像。本研究针对多波束声呐图像镶嵌中的拼接线消除与信息综合问题,提出一种在NSST域内结合PCNN与混合加权的图像镶嵌方法。首先,对单条带声呐图像进行NSST分解,再对重叠区低频项按照混合加权进行镶嵌,高频项按照PCNN进行镶嵌。实验结果表明,在拼接线消除方面,镶嵌后条带拼接线两侧声强均值差由-6.18降为-1.29 dB;在信息综合方面,镶嵌结果的信息熵相对于混合加权法提升2.5%,空间频率提升31.6%。本研究方法能够在削弱拼接线的同时,有效综合相邻条带纹理信息,实现多波束声呐图像的镶嵌。     

基于十字型阵列的多频发射波束形成算法

针对平面接收阵阵元数量庞大导致的水下三维声学成像系统硬件开销和计算量过大的问题,提出了一种基于十字型阵列的三维声学成像的多频发射波束形成算法.该算法将发射波束方向划分为多个扇面,在每个扇面内依次向各波束方向发射不同频率的扇形波束信号,将发射次数从波束数减少到扇面数,从而缩短了扫描时间.仿真实验和计算量分析表明,文中算法能够获得与平面接收阵直接波束形成算法相同的波束性能,并且大幅降低了阵元数量和计算量.实际水下试验证明了该算法能够满足水下三维声学成像的实时性需求.     

面向特征识别的SAR与可见光图像融合算法研究

合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)图像与可见光图像由于成像机理的不同,图像差异较大,传统融合算法不利于地物目标特征的解译与识别,难以满足应用的需求。基于此,文章结合SAR与可见光图像的成像特征,提出了一种基于相位一致性特征检测的自适应HIS(hue-intensity-saturation)融合算法,该算法首先利用相位信息区分目标轮廓和纹理边缘,提取SAR图像的空间特征信息,能有效地避免过量纹理边缘的提取。自适应HIS算法能调节2个图像之间的灰度相关性,实现加入信息的平滑过渡,减少光谱扭曲。实验以哨兵1号C波段SAR图像与Landsat8可见光图像进行验证,并与传统的HIS、主成分分析(principal component analysis,PCA)、小波以及目前较为主流的NSCT(nonsubsampled contourlet)算法进行比较,结果表明:该算法能有效地加入可见光图像不易察觉的特征信息,实现了融合图像在光谱保持和空间结构与特征保持上较好的权衡,提高了图像的地物检测与目标识别的能力。     

基于主方向迭代校正的铁轨检测算法

应用图像处理与识别技术,提出基于主方向迭代校正的铁轨检测算法。该算法基于梯度图像的Hough变换估计出路轨的主方向,设计出边缘检测算子,实现边缘增强、突出铁轨的位置信息。通过算法迭代得到最优边缘检测算子,利用主方向信息与路轨判定准则进行铁轨的定位。结果表明,该算法能准确有效地进行铁轨的检测与定位。     

基于改进蚁群算法的图像边缘检测

为了克服传统基于蚁群算法的图像边缘检测存在定位不准、易陷入局部最优解、对噪声鲁棒性不佳、且收敛速度过慢等缺点,本文提出了一种基于改进蚁群算法的图像边缘检测算法,此算法以传统边缘检测算子得到的边缘信息作为启发信息,建立了基于蚁群算法的边缘追踪模型,实现了信息素和启发信息对边缘追踪的导向作用,避免了蚂蚁在非边缘区域内行走,克服了陷入局部最优的缺点,最后本文运用了条件概率建立边缘检测评价标准.实验结果表明,本文的边缘检测方法具有较好的检测精度和噪声鲁棒性,且运行速度较快.     

三阶差分运算在图像边缘检测中的应用

为了更好的提取、增强图像边缘信息,提出了基于三阶差分运算的图像边缘检测算法,算法将三阶差分理论引入到边缘检测滤波器模板的设计中,通过三阶差分理论推导出滤波器模板系数,构造了水平、垂直、45°对角、135°对角4个方向的三阶差分滤波器模板,使用该模板与图像卷积运算实现图像边缘的提取和增强。实验结果表明,提出的三阶差分边缘检测算法对图像边缘和细节信息的增强效果优于传统一阶、二阶差分边缘检测算法。     

基于视觉传感的CO_2焊焊接偏差识别

高质量焊接图像的获取和焊接偏差信息的获取是焊接偏差检测中的两个重要步骤.文中在对CO_2焊的成像特征进行分析的基础上,采用宽动态范围相机采集清晰和稳定的CO_2焊实时图像,并根据焊接图像的特点,开发了一种改进的Canny算法来获得边缘信息,结合Hough变换和先验知识提取出坡口边缘;为了拟合出熔池边缘,提出一种基于条件约束的差分进化(Differential Evolution,DE)椭圆识别算法;在此基础上计算得到焊接偏差;并通过试验对焊接偏差识别算法的鲁棒性和精确性进行验证.结果表明:文中提出的算法可满足焊缝跟踪和焊接自动化的要求.     

一种基于粗集与小波的声呐图像降噪方法

声呐图像具有低对比度和边缘恶化的特点,传统的声呐图像散斑噪声降噪方法又不能较好的保持图像边缘和细节,因此提出了一种新的基于粗集与小波的声呐图像降噪方法。该方法通过考察散斑噪声的统计特征,利用粗集中的等价关系将声呐图像划分为若干子图,对子图进行对数变换后完成小波变换,采用自适应阈值函数处理小波系数,应用小波逆变换和指数变换得到降噪后的子图,将降噪后的子图进行叠加得到最终的降噪图像。通过新算法在实际声呐图像中的应用,实现了在保证降噪效果的同时能够较好地保持图像边缘及细节特征,验证了算法的有效性。     

基于正交Gaussian-Hermite矩的边缘检测方法

边缘对应着图像中高频成分,为实现有效抑制噪声,同时又要尽可能地保持目标对象边缘信息,采用一种基于正交Gaussian-Hermite矩理论的边缘检测方法,提出了不同阶次矩的结合方案,针对具有复杂背景的红外图像进行目标检测.仿真实验结果表明该算法平滑效果好且能准确定位目标对象的边缘位置.     

稀疏微波成像信号处理方法研究

主要围绕该研究关键科学问题"稀疏微波成像非模糊重建"展开研究,结合稀疏微波成像体制,研究多维度稀疏信号特征信息挖掘方法,提出稀疏微波成像距离多普勒二维解耦成像重建算子,建立稀疏微波成像重构算法,实现微波成像大数据量的快速求解。主要研究内容包括:基于稀疏优化的空时频域先验信息挖掘方法、稀疏微波成像非模糊重建理论和方法、非理想运动平台稀疏微波成像处理和稀疏微波成像快速算法研究。主要工作进展包括:(1)基于目标在空间的稀疏表征,揭示观测对象在空间维度的先验信息调制机理,实现短孔径下的方位高分辨成像。(2)进行了稀疏步进频率雷达成像体制设计和高分辨成像算法研究,有效降低步进频率雷达的回波数据量和外界干扰的概率。(3)基于稀疏孔径数据,揭示观测对象在方位时间维度的先验信息调制机理,展开了方位孔径稀疏采样的雷达体制设计和高分辨成像算法研究。(4)提出了一种基于稀疏表征的自聚焦算法,研究了存在运动误差下的稀疏微波成像非模糊重建算法,完善了可嵌入运动补偿的稀疏微波成像处理框架。(5)展开了宽幅海洋多舰船目标高分辨成像的体制设计和算法研究,提出了一种单天线体制下的Fast-Scan SAR海洋多舰船成像算法,并完善了稀疏微波成像非模糊重建理论框架和方法体系。(6)展开了稀疏采样体制下的运动目标检测和成像算法研究。通过方位稀疏采样方式优化设计,基于运动目标先验信息挖掘技术研究,利用稀疏信号处理算法实现运动目标的高分辨非模糊重建。     

基于改进DMAS的平面波超声成像算法及其GPU实现

针对基于DMAS波束合成的平面波超声成像算法的图像对比信噪比偏低及算法复杂度大,无法实现实时成像的问题,提出了一种具有较高成像质量和较小计算复杂度的平面波超声成像算法DSBMGCF(delay sum before multiply and generalized coherence factor),借助FieldII仿真工具在Matlab上进行点目标和囊肿目标的仿真实验,验证了该算法的成像质量.同时,对所提出的新算法进行了并行化研究和改进,得到了一种适合在GPU上并行实现的平面波超声成像并行算法PDMASGCF(parallel delay multiply and sum generalized coherence factor),并在实验室戴尔T7810普通工作站上进行了平面波超声成像时间和质量的验证实验,获得了较高的成像帧频,并保证了较好的成像性能.     

板状结构中的导波相控阵损伤成像技术

基于延迟-叠加原理,提出了在金属薄板中导波相控阵的波束形成公式及其损伤成像方法。该相控阵列的波束形成及其成像算法是在频率域上进行的,考虑了超声兰姆(Lamb)波的频散效应。数值仿真研究表明:本文提出的损伤识别技术能够有效定位损伤区域。为了验证该方法的有效性,实验中搭建了压电陶瓷传感器(PZT)-激光多普勒测振仪(SLDV)混合系统,对金属铝板进行损伤检测。该系统包括用于激励超声Lamb波的PZT和获取导波波场数据的SLDV。通过提出的导波相控阵成像算法实现对铝板的损伤成像。实验结果表明:基于频率域上相位延迟的导波相控阵成像方法,与传统时间延迟方法相比,能够提高损伤成像精度,有效定位损伤存在的区域。     

基于模糊元胞自动机的图像边缘检测方法

针对基于元胞自动机图像边缘检测的原有算法,提出了新的改进算法.该算法采用基于方向信息测度与边缘有序性度量的多信息融合方法,利用模糊逻辑对特征信息进行模糊推理,利用推理结果对上一时刻特征信息进行模糊反馈处理,最终通过元胞自动机的自动演化工程得到图像边缘.试验表明,算法边缘检测的准确度高,检测模糊边缘和细节边缘的能力较强.是一种实用、高效的图像处理算法.