艦船尾流圖像的邊緣分割算法研究

任秀艷，陳夢英，許偉杰

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

0 引 言

尾流作為一類水下聲目標，具有十分重要的軍事意義，在海戰之中起著重要的作用：(1)尾流能夠影響探測設備的正常工作；(2)尾流是魚雷進行探測、攻擊目標的重要物理場；(3)尾流能作為潛艇規避的屏障[1]。因此，對各類艦船尾流的聲學特性，包括尾流的產生、持續時間和空間的分布、尾流中氣泡升浮的速度以及氣泡散射與吸收的特征、水下聲學尾流成像等方面進行研究日益重要[2]。

既準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，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，從而分析尾流特征。對尾流圖像處理時，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，z代表強度的灰度。圖像邊緣分割已有較長的歷史，邊緣是圖像特性發生變化的位置，不同的圖像灰度不同，邊界處會有明顯的邊緣出現，利用這種特征可以進行圖像的分割。

1 測量系統及原始數據

多波束聲吶測量系統由船載分系統和水下分系統兩大部分組成，水下系統的水密艙中包含多波束聲吶。課題組于海上進行了多次實驗，采用的坐底式多波束測量系統圖如圖1所示。

圖1 測量系統示意圖Fig.1 Schematic diagram of the measuring system

原始尾流圖像如圖2所示。當主瓣收到的尾流信號與旁瓣收到的海面反射信號同時到達時，海面反射信號會干擾尾流信號。……