基于光-声图像融合的水下目标识别方法研究

水下目标识别是许多水下工程及军事任务的关键技术之一。本课题重点研究一种基于光学立体摄像机及高频声纳图像融合的水下目标识别方法，该方法对辅助遥控水下机器人作业、实现智能水下机器人导航/定位及小型军用水下平台的作业，具有重要的理论研究及应用价值。具体研究内容包括：（1）高频声纳的标定方法；（2）光学立体图像与高频声纳图像的配准方法；（3）光-声图像的融合方法；（4）基于图像融合的水下目标识别方法；（5）建立光-声图像融合实验系统，通过实验研究来完善系统模型、验证相关算法。

可见光-声纳图像在水下应用具有互补特性：光学图像分辨率高但成像距离小，声纳图像探测距离大但是分辨率差，本文在利用光-声图像做多传感器融合的方向做了具体研究，光学相机采用双目立体相机，声纳采用二维前视多波束成像声纳。报告分六部分介绍了主要研究内容，分别是：光学相机的标定、“声学镜头”的标定、光-声图像之间的配准关系、光到声的像素映射、声到光的像素映射、光-声图像的融合。其中较好地完成了光学标定、配准及光声互映射关系及图像融合，声学镜头标定及目标识别方向仅做了初步探索。主要结论是：1、由于误差源较多，水下立体视觉必须要进行双目联合标定才能测得准确的空间坐标；2、不同的声学镜头特性不同，本课题所用声学镜头仅需标定声速，无需标定畸变；3、配准关系在光声设备内外参数固定的情况下是一定的；4、光到声的映射利用了“类声纳”变换，可实现空间3D点到声纳像素的直接映射；5、声到光不能实现直接像素映射，仅能给出光学坐标各分量的双曲线约束关系；6、利用单应变换，可实现具体场景的光-声图像融合，既能使距离直观，又能兼顾分辨率，从而对空间目标有更全面的描述。