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《哈尔滨工程大学》 2006年
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高分辨率成像声纳图像识别技术研究

刘晨晨  
【摘要】: 本论文是在“十五”预研项目——智能水下机器人“水下目标声探测与识别技术”的基础上进行的。论文以工程中的实际问题为着眼点,深入研究了机器人声视觉系统的构建与设计、侧扫声纳和前视声纳的图像预处理、特征提取与识别等技术。主要内容包括: (1)综述了国内外水下智能机器人、水下目标识别技术的研究现状与基于声纳图像的水下目标识别的主要设备和方法;详细的介绍了当前图像识别系统的组成和主要技术手段。 (2)综述了目前国际上先进的高分辨率成像声纳——高分辨侧扫声纳、声透镜声纳和三维成像声纳的技术特点与性能;以军用智能水下机器人中“水下目标声探测与识别技术”课题中声视觉系统的主要任务为基础,设计了一种新的声视觉系统构建方式和工作过程,使水下智能机器人能够同时探测前方和下方海域,并具备了在远距离上粗略的目标分类能力和近距离的精确目标识别能力,能够更有效的完成水下目标探测和识别的任务。 (3)分析了声纳图像在成图过程中所受到的噪声干扰。深入研究了脉冲耦合神经网络(PCNN)的相关理论,设计了一种在PCNN简化模型基础上,结合形态学与中值滤波的噪声抑制算法。该方法在不损失图像边缘信息的前提下,能够同时有效的去除图像中的高斯和脉冲噪声,并且由于PCNN内在的并行实现性,更加适合实时的图像处理。 (4)介绍了水下智能机器人携带的侧扫声纳图像的主要应用范围。综述了利用侧扫声纳图像的海底底质分类研究领域的最新进展,提出了将包含图像结构细节信息的相位谱与灰度共生矩阵相结合的海底底质纹理表示方法,并应用主分量分解提取了特征向量。由于将统计和结构信息有机的融合起来,从而提高了识别精度。 (5)根据不同图像其相同灰度值的空间分布不同的特点,利用PCNN简化模型得到对应于不同灰度值的二值序列图像,作为原图像的纹理表示。计算每幅图像的方差,将序列图像转化为一维特征矢量,用于侧扫声纳图像和自然纹理图像的识别中,可以获得很高的图像识别率。 (6)在海底目标检测中,针对侧扫声纳图像受海底混响干扰严重的缺点,提出了将高阶谱中双谱的谱峰值大小作为图像中目标是否存在判断方法。利用高阶谱可以抑制了图像背景中不相关噪声,使目标高阶相关性增强的性质,可以有效的检测出具有不同参数的侧扫声纳系统图像中的目标存在,更具有普遍适用性。 (7)在海底目标提取中,提出了将自适应灰度规整与Otsu’s阈值分割方法结合的海底目标区域分割方法。该方法能够进行自动阈值选择,得到的分割结果有更好的区域均匀性和对比度。 (8)分析了高分辨率前视声纳图像的特点,针对其所受干扰大和回波不均匀造成的内部孤立点问题,提出了一种形态学边缘检测算法。该方法对噪声不敏感,并且较好的消除了声纳图像中目标内部由于回波信号的强弱变化导致的灰度突变,使其中的孤立点得到抑制,所以提取出的边缘轮廓较完整。 (9)针对水下机器人在作业过程中的运动会造成图像中目标的旋转、平移和比例变化问题,深入研究了图像识别中的视觉不变量理论。提出了一种基于图像边缘Radon变换的声纳图像不变性特征提取方法。在图像目标尺度归一化的基础上,利用Radon变换将二维边缘信息投影到一维空间,构造了此空间中的旋转、平移和比例不变矩。根据不同阶数的不变矩组合矩阵,利用奇异值分解(SVD)方法提取目标不变特征。该特征表示方法只利用了目标的边缘信息,计算量小,运算速度快,鲁棒性强并具有较好的图像分类效果。 (10)综述了三维目标识别技术,重点介绍了三维目标的表达和目标识别方法。分析了三维声纳成像的原理,并以此为依据,借鉴工业和医学上断层成像系统的三维重建和处理方法,阐述了三维成像声纳目标识别的实现过程,介绍了其中的关键技术并对实际中的困难进行了分析。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:U666.7;TP391.41

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 王梁;郝燕玲;张振兴;;基于NMF闭塞字典的压缩传感声纳图像识别[J];华中科技大学学报(自然科学版);2011年09期
2 罗明愿;卞红雨;周志娟;;基于图像频域方向模板的目标检测方法[J];计算机工程;2011年12期
3 王梁;郝燕玲;张振兴;;基于多重稀疏表示的声纳图像超分辨率重建方法[J];系统工程与电子技术;2012年01期
4 郝燕玲;王梁;张振兴;;一种基于稀疏表示声纳图像识别方法[J];中国航海;2011年03期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 伍海;魏玺章;;基于粒子群FCM的声纳图像分割[A];全国第4届信号和智能信息处理与应用学术会议论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 王兴梅;水下声纳图像的MRF目标检测与水平集的轮廓提取方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 汤春瑞;水下目标声图像多分辨率分析及识别研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 葛光涛;二维经验模态分解研究及其在图像处理中的应用[D];哈尔滨工程大学;2009年
4 杜航原;自主式水下航行器同步定位与地图构建算法研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
5 王梁;基于稀疏表示的声纳图像识别及超分辨率重建[D];哈尔滨工程大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 张哲会;基于水平集的声纳图像分割方法的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 薛翔;AUV前视声纳成像与目标特征提取方法研究[D];中国海洋大学;2011年
3 冯旭东;基于FPGA的相控发射实现及三维声成像技术仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
4 罗明愿;侧扫声纳图像感兴趣区域提取算法研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
5 刘东宇;声透镜波束形成和水声图像处理技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 张银辉;基于图像识别技术的再生塑料分拣系统的研制[D];汕头大学;2009年
7 吴清天;基于SOPC的小平台成像声纳软硬件实现[D];哈尔滨工程大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
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中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 刘晨晨;数学形态学图象处理算法应用研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
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4 谢华英;图像去噪的偏微分方程方法及其应用[D];国防科学技术大学;2003年
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郭业才;王绍波;;基于PCNN的小波域超声医学图像去噪方法[J];安徽大学学报(自然科学版);2010年05期
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6 汪慧兰;罗斌;;基于综合特征的彩色图像检索[J];安徽师范大学学报(自然科学版);2007年04期
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8 周铭,许少辉;一种红外小目标的图像检测方法[J];半导体光电;2004年03期
9 朱丽丽;何光宏;王银峰;王小勇;;基于尺度相关的CCD图像小波去噪方法研究[J];半导体光电;2008年02期
10 陈驰;尚吉扬;王文生;;基于小波多尺度综合的低对比度目标识别[J];半导体光电;2012年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 谭守标;霍剑青;郝建;王晓蒲;赵永飞;谢行恕;;高分辨率软X射线显微成像下细胞的自动提取?[A];2005年“数字安徽”博士科技论坛论文集[C];2005年
2 孙玉峰;周德俭;朱少华;;基于VC++的SMT焊点图像边缘提取技术[A];2010中国电子制造技术论坛论文集[C];2010年
3 卢易枫;;基于灰度共生矩阵的金刚石瑕疵自动识别技术研究[A];经济策论(上)[C];2011年
4 季铮;张剑清;詹总谦;;基于特征不变量的目标识别定位方法研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 赵梅;胡长青;;侧扫声纳镶嵌图像增强技术[A];中国声学学会水声学分会2011年全国水声学学术会议论文集[C];2011年
6 王文;康锡章;王晓东;;基于小波域HMT的航空侦察图像去噪方法[A];'2003系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2003年
7 郑嵘;方志宏;夏勇;;板坯纵向裂纹的图像检测方法[A];中国计量协会冶金分会2012年会暨能源计量与节能降耗经验交流会论文集[C];2012年
8 张秀丽;李琦;王骐;;红外主被动图像融合的三维视觉预处理[A];图像图形技术与应用进展——第三届图像图形技术与应用学术会议论文集[C];2008年
9 樊亚春;周明全;;基于图像关键特征的内容检索技术分析[A];图像图形技术与应用进展——第三届图像图形技术与应用学术会议论文集[C];2008年
10 林精敦;王涌天;陈靖;刘越;郭俊伟;刘伟;薛康;;基于区域分割随机树的特征识别匹配算法[A];图像图形技术研究与应用2009——第四届图像图形技术与应用学术会议论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 武心安;未知环境下自主式水下潜器路径规划问题研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 王兴梅;水下声纳图像的MRF目标检测与水平集的轮廓提取方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 梁洪;基于内容的医学图像检索及语义建模关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 梅继丹;水声声图测量技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 汤春瑞;水下目标声图像多分辨率分析及识别研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 么彬;多子阵波束域高分辨水声成像技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
7 邬俊;基于交互式语义推理的图像检索算法研究[D];大连海事大学;2010年
8 程军娜;基于形态学多尺度图像分析的海藻细胞图像分割及特征提取[D];中国海洋大学;2010年
9 王福海;青岛海湾大桥工程地质地球物理勘查关键技术研究[D];中国海洋大学;2009年
10 时长江;豆科类杂草种子图像识别系统研究[D];中国海洋大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 展慧;基于多源信息融合技术的板栗分级检测方法研究[D];华中农业大学;2010年
2 何慧娟;基于多传感器的移动机器人障碍物检测与定位研究[D];安徽工程大学;2010年
3 周雪梅;基于颜色和形状特征的图像检索技术研究[D];河南理工大学;2010年
4 代宏伟;布里渊散射水下探测目标的自动识别[D];南昌航空大学;2010年
5 田冰;基于SOM网的多目标图像轮廓提取技术的研究[D];南昌航空大学;2010年
6 赵永刚;图像检索中形状描述和匹配算法研究[D];南昌航空大学;2010年
7 唐红梅;基于辐射与空间信息的遥感图像检索[D];山东科技大学;2010年
8 于永建;基于视觉关注区域的彩色图像检索技术研究[D];辽宁师范大学;2010年
9 孙琛琛;大幅面丝网疵点的图像识别算法研究[D];浙江理工大学;2010年
10 侯洪升;基于SPOT5高分辨率影像的城市新增建设用地监测研究[D];山东农业大学;2009年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郭剑辉;赵春霞;石杏喜;康亮;;尺度Unscented变换在同时定位与地图创建算法中的应用研究[J];兵工学报;2008年07期
2 刘明雍;胡俊伟;李闻白;;一种基于改进无迹卡尔曼滤波的自主水下航行器组合导航方法研究[J];兵工学报;2011年02期
3 闫蓓;王斌;李媛;;基于最小二乘法的椭圆拟合改进算法[J];北京航空航天大学学报;2008年03期
4 钱伯章;;世界能源消费现状和可再生能源发展趋势(上)[J];节能与环保;2006年03期
5 刘晨晨,桑恩方;基于数学形态学的水声图像处理[J];吉林大学学报(信息科学版);2003年S1期
6 朱殿尧;卞红雨;;侧扫声纳目标自动探测研究[J];吉林大学学报(信息科学版);2008年06期
7 董凯宁;胡蓉;;基于水平集及主动轮廓线模型的图像分割研究[J];成都电子机械高等专科学校学报;2008年01期
8 梁开龙;海洋测绘与海战地理环境信息保障[J];测绘工程;2001年01期
9 刘文勇;江林;钱立兵;张慧滨;;超短基线水下定位校准方法的探讨与分析[J];测绘通报;2011年01期
10 李姗姗;吴晓平;赵东明;;导航用海洋重力异常图的孔斯曲面重构方法[J];测绘学报;2010年05期
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1 宋学勇赵敏;[N];计算机世界;2007年
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1 孟凡彬;基于随机集理论的多目标跟踪技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 谭佳琳;粒子群优化算法研究及其在海底地形辅助导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 沈郑燕;声纳图像去噪与分割技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 韩松来;GPS和捷联惯导组合导航新方法及系统误差补偿方案研究[D];国防科学技术大学;2010年
5 王晓丹;基于模糊聚类及神经网络的纹理分割方法研究[D];西北工业大学;2000年
6 盖强;局域波时频分析方法的理论研究与应用[D];大连理工大学;2001年
7 钟佑明;希尔伯特—黄变换局瞬信号分析理论的研究[D];重庆大学;2002年
8 王晓红;矩技术及其在图像处理与识别中的应用研究[D];西北工业大学;2002年
9 蒋济同;海洋平台的模态参数识别与损伤诊断研究[D];中国海洋大学;2003年
10 刘承香;水下潜器的地形匹配辅助定位技术研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张宇飞;加稀疏约束的非负矩阵分解[D];大连理工大学;2010年
2 张小妍;多波束信号实时处理技术研究[D];南京航空航天大学;2010年
3 葛静祥;图像纹理特征提取及分类算法研究[D];天津大学;2010年
4 武震;基于分形理论的图像分割[D];南京航空航天大学;2002年
5 袁连喜;水下智能机器人声视觉成像可视化技术研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
6 谢锋云;葡萄干颜色分选机的研究[D];长春理工大学;2002年
7 张虹;基于小波变换和不变矩的图像目标识别算法研究[D];北京工业大学;2004年
8 王晓峰;高频二维成像声纳硬件系统的设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2004年
9 张铁栋;前视声呐的后置图像处理算法研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
10 杨蕾;时延、相移波束形成技术研究[D];哈尔滨工程大学;2004年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 李军;向长城;陈世强;李劲;;基于BEMD的土家织锦数字水印加密算法[J];江西师范大学学报(自然科学版);2011年06期
2 孙季丰;何沛思;;一种基于CEMD和融合的多视点图像编码方法[J];电子与信息学报;2011年04期
3 林滨;张彦斌;陈善功;;基于非负矩阵分解算法的工程陶瓷磨削表面损伤检测[J];光学精密工程;2012年11期
4 徐遵义;黄东武;赵洪銮;;水下地形辅助导航新方法仿真[J];舰船科学技术;2012年06期
5 许文海;续元君;董丽丽;李瑛;;基于水平集和支持向量机的图像声呐目标识别[J];仪器仪表学报;2012年01期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 刘丹丹;基于声纳图像多分辨率处理的目标检测与跟踪[D];哈尔滨工程大学;2011年
2 郭方;新型复眼定位装置设计及关键技术研究[D];中国科学技术大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 卢亮;三维成像声纳成像算法仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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8 裴浩东,苏宏业,褚健;多层前向神经网络的权值平衡算法[J];电子学报;2002年01期
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 梁开龙;黄文骞;管铮;;海洋测绘现代新技术发展综述[A];纪念中国测绘学会成立四十周年论文集[C];1999年
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1 赵春晖;数字形态滤波器理论及其算法研究[D];哈尔滨工业大学;1998年
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1 马文驷;多分类器融合模式识别方法研究[D];西安电子科技大学;2002年
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5 刘晨晨;数学形态学图象处理算法应用研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
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4 陈小佳,周湘君,李翌程;基于MATPCA方法的混凝土表观缺陷识别研究[J];武汉理工大学学报(交通科学与工程版);2005年05期
5 周日贵;杨淑群;徐新卫;曹永忠;丁秋林;;基于量子傅里叶变换的模式特征提取算法[J];南京航空航天大学学报;2008年01期
6 陈平;谢志江;欧阳奇;孙红岩;;基于频谱图像的Multi-agent旋转机械故障诊断研究[J];机械科学与技术;2007年03期
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2 记者 张兆军通讯员 郑原驰;图像识别混合交通控制系统问世[N];科技日报;2008年
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6 易凡;瑞萨智能交通技术亮相ITS[N];电子资讯时报;2007年
7 本报记者 姜玉洁;建设不良信息拨测系统 提升打击手机色情网站效率[N];黑龙江日报;2010年
8 沈仪;沈阳仪表院成功研制自动图像识别划片机[N];中国工业报;2009年
9 沈占锋;遥感影像信息提取与分析[N];计算机世界;2006年
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1 刘晨晨;高分辨率成像声纳图像识别技术研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
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3 江志伟;基于内容的WEB图像过滤技术研究[D];浙江大学;2007年
4 林勇;基于振动谱图像识别的故障诊断方法研究[D];浙江大学;2009年
5 王宇新;基于特征分布的图像识别方法研究与应用[D];大连理工大学;2012年
6 胡新宇;基于机器视觉的家蚕微粒子图像识别方法的研究[D];武汉理工大学;2011年
7 张旗;基于属性的图像分类研究[D];大连海事大学;2005年
8 张立福;通用光谱模式分解算法及植被指数的建立[D];武汉大学;2005年
9 苏彩红;墙地砖质量自动检测技术的研究[D];华南理工大学;2004年
10 宋余庆;医学图像数据挖掘若干技术研究[D];东南大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 宋卫荣;基于小波变换和人工神经网络的图像识别研究[D];苏州大学;2003年
2 祝晓辉;基于图像处理的电力设备识别方法研究[D];华北电力大学(河北);2007年
3 王虹;支持向量机在骨龄评价系统中的应用研究[D];昆明理工大学;2005年
4 陈菲;基于纹理分析的有损肝超声图像识别[D];电子科技大学;2005年
5 宋显华;指静脉图像的特征提取和匹配[D];吉林大学;2007年
6 蒲小勤;基于多重分形的图像识别研究[D];西北大学;2009年
7 魏正宜;纸币图像识别算法的研究[D];哈尔滨理工大学;2009年
8 李立志;基于聚类分析的图像分割和识别[D];湖南大学;2005年
9 张虹;基于小波变换和不变矩的图像目标识别算法研究[D];北京工业大学;2004年
10 王其聪;基于小波分析的矩特征和神经网络的图像识别[D];浙江工业大学;2004年
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