艦船尾流圖像的邊緣分割算法研究

任秀艷，陳夢(mèng)英，許偉杰

(1.中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所東海研究站，上海201815；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京100190)

0 引 言

尾流作為一類(lèi)水下聲目標(biāo)，具有十分重要的軍事意義，在海戰(zhàn)之中起著重要的作用：(1)尾流能夠影響探測(cè)設(shè)備的正常工作；(2)尾流是魚(yú)雷進(jìn)行探測(cè)、攻擊目標(biāo)的重要物理場(chǎng)；(3)尾流能作為潛艇規(guī)避的屏障[1]。因此，對(duì)各類(lèi)艦船尾流的聲學(xué)特性，包括尾流的產(chǎn)生、持續(xù)時(shí)間和空間的分布、尾流中氣泡升浮的速度以及氣泡散射與吸收的特征、水下聲學(xué)尾流成像等方面進(jìn)行研究日益重要[2]。

既準(zhǔn)確又直觀的尾流圖像可以為下一步的尾流特征研究奠定基礎(chǔ)，而在尾流多波束聲吶的原始圖像中，不僅有尾流回波，還有海面回波反射以及其他噪聲干擾，因此需要采取有效的圖像分割方法把尾流從中提取出來(lái)，從而分析尾流特征。對(duì)尾流圖像處理時(shí)，可把尾流圖像看作三維表面，即x、y軸分別為圖像的橫、縱向矩陣列數(shù)，z代表強(qiáng)度的灰度。圖像邊緣分割已有較長(zhǎng)的歷史，邊緣是圖像特性發(fā)生變化的位置，不同的圖像灰度不同，邊界處會(huì)有明顯的邊緣出現(xiàn)，利用這種特征可以進(jìn)行圖像的分割。

1 測(cè)量系統(tǒng)及原始數(shù)據(jù)

多波束聲吶測(cè)量系統(tǒng)由船載分系統(tǒng)和水下分系統(tǒng)兩大部分組成，水下系統(tǒng)的水密艙中包含多波束聲吶。課題組于海上進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)，采用的坐底式多波束測(cè)量系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 測(cè)量系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of the measuring system

原始尾流圖像如圖2所示。當(dāng)主瓣收到的尾流信號(hào)與旁瓣收到的海面反射信號(hào)同時(shí)到達(dá)時(shí)，海面反射信號(hào)會(huì)干擾尾流信號(hào)。……