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基于三维成像声纳技术的水下结构探测新方法 被引量:31
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作者 戴林军 郝晓伟 +1 位作者 吴静 张振辉 《浙江水利科技》 2013年第3期62-65,共4页
水利工程水下结构安全隐患的探测至关重要,而传统声纳系统和水下可视化工具在单独使用时均存在不足。三维实时声学成像声纳系统有效克服了传统方法的弊端,具有实时、清晰、三维成像等特点,且能在零能见度(浑水)水域等多类复杂水质环境... 水利工程水下结构安全隐患的探测至关重要,而传统声纳系统和水下可视化工具在单独使用时均存在不足。三维实时声学成像声纳系统有效克服了传统方法的弊端,具有实时、清晰、三维成像等特点,且能在零能见度(浑水)水域等多类复杂水质环境中工作。根据三维声纳设备的现场验收和初步应用情况可知,该系统整体性能稳定,各项关键技术指标均满足水利工程水下结构探测要求,具有较强的适用性,为快速、有效、科学地探测堤防、海塘等水利工程水下结构安全隐患提供了重要的技术手段。 展开更多
关键词 三维声纳 水下结构 隐患探测
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三维成像声纳技术及其在水利工程中的应用 被引量:9
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作者 戴林军 姜宇强 朱振华 《浙江水利科技》 2013年第5期54-56,共3页
三维声学成像声纳系统具有实时、清晰、三维成像等特点,能在0能见度(浑水)水域等多类复杂水质环境中正常工作。介绍利用三维声学成像声纳系统对水闸和堤防水下结构进行整体探测,并综合分析上游闸室和堤防试验段(筑堤材料分别为模袋混凝... 三维声学成像声纳系统具有实时、清晰、三维成像等特点,能在0能见度(浑水)水域等多类复杂水质环境中正常工作。介绍利用三维声学成像声纳系统对水闸和堤防水下结构进行整体探测,并综合分析上游闸室和堤防试验段(筑堤材料分别为模袋混凝土和抛石)水下结构的实际工况,最终得出测试结果。 展开更多
关键词 三维声纳 水下结构 整体探测
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一种基于YOLOv3的水下声呐图像目标检测方法 被引量:7
3
作者 王非 王欣宇 +1 位作者 周景春 刘淼 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第10期3419-3426,共8页
将目标检测框架应用于水下声呐图像处理是近期的高热度话题,现有水下声呐目标检测方法多基于声呐图像的纹理特征识别不同物体,难以解决声呐图像中由于形状畸变造成的几何特征不稳定问题。为此,该文提出一种基于YOLOv3的水下物体检测模型... 将目标检测框架应用于水下声呐图像处理是近期的高热度话题,现有水下声呐目标检测方法多基于声呐图像的纹理特征识别不同物体,难以解决声呐图像中由于形状畸变造成的几何特征不稳定问题。为此,该文提出一种基于YOLOv3的水下物体检测模型YOLOv3F,该模型将从声呐图像中提取的纹理特征和从深度图中提取的空间几何特征相融合,利用深度图中相对稳定的空间几何特征弥补纹理特征表述能力的不足,再将融合后的特征用于目标检测。实验结果表明,所提改进模型的检测性能相较于3个基线模型在识别精度方面具有明显提升;在对单个类别的物体进行检测的情况下,与YOLOv3相比,改进模型也表现出了更出色的检测效果。 展开更多
关键词 水下目标检测 声呐图像 深度图 YOLOv3
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实时三维声呐技术在平台水下检测中的应用 被引量:7
4
作者 代兆立 窦海余 +2 位作者 徐爽 孙大权 蔡彪 《石油工程建设》 2018年第6期38-41,共4页
滩海平台工作水深较浅,约1~3 m,平台桩基为群桩,形状不规则,对其难以进行定量检测。首次采用三维声呐系统对冀东油田滩海平台的水下工程进行检测。检测结果表明,冀东油田1号构造平台桩基未发现异常,NP1-1D平台桩基周围3 m范围内有约0.... 滩海平台工作水深较浅,约1~3 m,平台桩基为群桩,形状不规则,对其难以进行定量检测。首次采用三维声呐系统对冀东油田滩海平台的水下工程进行检测。检测结果表明,冀东油田1号构造平台桩基未发现异常,NP1-1D平台桩基周围3 m范围内有约0.5 m深的凹坑,NP1-29平台西北侧桩基北侧有长44 m、宽约14 m、较周围地形深2.6 m的沟槽,NP1-3D平台桩基宽度约11 m,桩基下方有较小沟槽。检测成果满足工程要求。对于工作水深大于3 m的平台,其桩基可采用Echoscope实时三维声呐系统进行水下检测;工作水深小于3 m时,需进行现场试验确定。 展开更多
关键词 三维声呐 平台桩基 水下检测
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顾及水平方向偏差的三维声呐点云数据分区滤波方法
5
作者 贺正军 吴云龙 +3 位作者 李邵波 张绍成 李厚朴 边少锋 《武汉大学学报(信息科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期1639-1649,共11页
三维声呐测量受到水下复杂环境干扰,通常存在较多噪点,需要进行精细滤波处理,才能应用于水下场景。针对现有算法的不足,从降低数据复杂度、局部特征分析和分块滤波等方面,建立了一套适用于三维声呐点云数据预处理方法。首先,针对不同区... 三维声呐测量受到水下复杂环境干扰,通常存在较多噪点,需要进行精细滤波处理,才能应用于水下场景。针对现有算法的不足,从降低数据复杂度、局部特征分析和分块滤波等方面,建立了一套适用于三维声呐点云数据预处理方法。首先,针对不同区域点云在法向量、空间距离和回波强度的差异性,基于超体素聚类法实现水下复杂点云分块;然后,对点云块建立局部坐标系并进行趋势面拟合;最后,构建多维度点云误差检测数据,依据地形复杂度将点云块划分为三类区域,并采用Grubbs检验作为判定准则,实现分区域自适应阈值去噪。计算结果表明,所提综合滤波方法对于水平和垂直方向的点云数据均有较好的精度,平均总体精度达99.3%,平均Kappa系数达0.906,能够有效应用于水下复杂区域的三维声呐点云数据滤波处理。 展开更多
关键词 三维声呐 点云滤波 超体素 整体最小二乘 自适应阈值
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深水潜堤施工的水下定位与检测技术探讨 被引量:5
6
作者 石峰 《中国港湾建设》 2015年第12期62-65,共4页
以长江口12.5 m航道整治的潜堤施工为研究对象,采用超短基线实时测量、水下三维声纳实时跟踪、侧扫声纳工后检测等测量技术手段,阐述了深水区铺排、砂袋抛放、抛石施工定位及检测的作业工艺。通过分析为深水区的潜堤施工提供了准确、便... 以长江口12.5 m航道整治的潜堤施工为研究对象,采用超短基线实时测量、水下三维声纳实时跟踪、侧扫声纳工后检测等测量技术手段,阐述了深水区铺排、砂袋抛放、抛石施工定位及检测的作业工艺。通过分析为深水区的潜堤施工提供了准确、便捷的测量手段,对同类作业有一定的指导意义。 展开更多
关键词 深水潜堤 水下定位 超短基线 三维声纳 检测
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基于AGF和BM3D算法的声纳图像去噪
7
作者 张宇 张学武 +2 位作者 张文诺 宋轲 刘金雨 《电子测量技术》 北大核心 2023年第22期153-159,共7页
声检测技术逐渐成为水下目标检测的关键手段;受水文环境噪声、设备精度等影响,声纳图像不可避免的存在分辨率低、对比度低、目标边缘模糊等问题,不利于后续目标检测识别的进行;因此,文章提出一种改进引导滤波(AGF)与三维块匹配(BM3D)联... 声检测技术逐渐成为水下目标检测的关键手段;受水文环境噪声、设备精度等影响,声纳图像不可避免的存在分辨率低、对比度低、目标边缘模糊等问题,不利于后续目标检测识别的进行;因此,文章提出一种改进引导滤波(AGF)与三维块匹配(BM3D)联合的去噪算法;首先,该文采用BM3D算法抑制图像中高斯和斑点噪声,完成初步去噪;最后采用AGF算法对图像进行二次滤波,该文通过引入改良的边缘检测Canny算子实现自适应调节正则化参数的大小优化引导滤波,从而保留更多图像细节且更好的保护边缘特征;两种算法联合去噪不仅能优化BM3D去噪性能的不足,还能有效的保留图像的边缘特征;实验结果表明所提出的算法不仅对声纳图像中的斑点噪声和高斯噪声有较好的抑制作用,而相比于其他传统算法在峰值信噪比、均方误差和结构相似度3个方面提升10%、15%和15%。 展开更多
关键词 声学图像 图像去噪 目标检测 引导滤波 BM3D
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固定节点3D网格部署的水下传感器网络分簇路由算法 被引量:3
8
作者 王建平 左现刚 +1 位作者 胡孟杰 陈伟 《火力与指挥控制》 CSCD 北大核心 2017年第5期84-89,共6页
水下传感器网络是应用于水下通信的重要传感器网络技术。提出了基于固定节点3D网格部署的水下无线传感器网络分簇算法,设计了3D网格的编址和分簇方法,实现了基于地址分配的节点定位,构建了算法的能耗分析模型。采用MATLAB完成了算法的... 水下传感器网络是应用于水下通信的重要传感器网络技术。提出了基于固定节点3D网格部署的水下无线传感器网络分簇算法,设计了3D网格的编址和分簇方法,实现了基于地址分配的节点定位,构建了算法的能耗分析模型。采用MATLAB完成了算法的性能仿真,对比了DS-VBF、IAR和GEDAR 3个算法的平均数据传输延迟和网络生存时间(TTL)。实验结果表明,此算法的平均数据传输延迟较短,可明显提高UWSNS的生存时间。 展开更多
关键词 水下无线传感器网络(UWSNS) 声纳通信 3D网格 分簇算法 网络生存时间
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基于分级波束形成的三维声纳系统设计 被引量:3
9
作者 林贤洲 陈耀武 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2014年第8期101-104,108,共5页
针对三维声纳波束形成海量运算造成硬件系统复杂难以实现的问题,设计了基于分级波束形成的三维声纳系统。系统基于大规模(48×48)换能器接收基阵,采用分布式现场可编程门阵列(FPGA)结构实现两级波束形成,所需计算量相比传统波束形... 针对三维声纳波束形成海量运算造成硬件系统复杂难以实现的问题,设计了基于分级波束形成的三维声纳系统。系统基于大规模(48×48)换能器接收基阵,采用分布式现场可编程门阵列(FPGA)结构实现两级波束形成,所需计算量相比传统波束形成减少九成。该算法经Matlab仿真验证了其合理性,系统样机经水下试验证明:在水平50°垂直50°覆盖角的观测范围内,实现角度分辨率达到0.39°,距离分辨率达到2cm的三维成像。 展开更多
关键词 三维声纳 换能器 分级波束形成 海量运算 现场可编程门阵列
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水下三维场景实时成像系统 被引量:3
10
作者 万华 周凡 胡银丰 《计算机工程》 CAS CSCD 2013年第12期280-284,共5页
针对目前水下三维声纳实时成像系统前端信号通道多、波束形成计算量大的问题,提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的水下三维场景实时成像系统。采用FPGA阵列控制多路信号同步采样,优化波束形成算法对海量数据进行并行处理,同时利用嵌... 针对目前水下三维声纳实时成像系统前端信号通道多、波束形成计算量大的问题,提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的水下三维场景实时成像系统。采用FPGA阵列控制多路信号同步采样,优化波束形成算法对海量数据进行并行处理,同时利用嵌入式处理器PowerPC控制系统,最终由主控PC完成三维图像实时显示。实验结果表明,该系统能够在水下200 m的范围内实现分辨率为2 cm的三维成像,三维图像刷新率可达20帧/秒。 展开更多
关键词 水下探测 三维声纳 波束形成 实时显示 现场可编程门阵列 MPC8313处理器
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基于三维声呐点云的河口水闸水下结构安全评估 被引量:2
11
作者 冯露 李艳 +1 位作者 席思远 郑晓东 《测绘通报》 CSCD 北大核心 2022年第1期100-104,共5页
河口水闸水下结构安全对于水闸工程、整个河道,以及周边居民地的安全具有重要意义。在低可视度的水体环境中,采用传统人工潜水探摸方式进行水下结构安全检测效率低下。为提高效率,三维扫描声呐逐步应用于相关水下结构的安全检测中。本文... 河口水闸水下结构安全对于水闸工程、整个河道,以及周边居民地的安全具有重要意义。在低可视度的水体环境中,采用传统人工潜水探摸方式进行水下结构安全检测效率低下。为提高效率,三维扫描声呐逐步应用于相关水下结构的安全检测中。本文以BlueView BV5000型三维扫描声呐系统在苏州河河口水闸水下结构的实测数据为基础,经滤波、测站拼接等处理过程,利用所得三维声呐点云对该水闸的水下结构进行安全评估。采用人工探摸方式对评估结果进行验证,结果表明,三维扫描声呐在水下结构安全评估中具有优越性,可为后续运维保障提供数据基础。 展开更多
关键词 三维扫描声呐 点云 水下结构 安全评估 河口水闸
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基于软件声纳概念的波束稳定 被引量:1
12
作者 毕彦 许伟杰 向大威 《声学技术》 CSCD 2013年第1期64-67,共4页
声纳载体航向和姿态的变化,会使声纳出现很异常的局外数据,从而使诸如多普勒计程仪、多普勒分层流速测量仪、三维前视声纳、地形匹配导航声纳、单/多波束测深仪以及多波束鱼探仪等声纳的性能下降。如果三维声纳采用软件声纳的结构,就可... 声纳载体航向和姿态的变化,会使声纳出现很异常的局外数据,从而使诸如多普勒计程仪、多普勒分层流速测量仪、三维前视声纳、地形匹配导航声纳、单/多波束测深仪以及多波束鱼探仪等声纳的性能下降。如果三维声纳采用软件声纳的结构,就可以方便地实现动态波束稳定,从而使声纳的测量精度得到提高。对软件声纳、波束稳定的原理与实现途径作了分析。分析表明:若能实时地得到声纳载体的航向角、纵倾角和横摇角,并且能动态地改变波束的方向,就可以随时随刻地稳定声纳的波束。 展开更多
关键词 三维声纳 软件声纳 波束稳定
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水下三维声纳目标在线运动监测与识别 被引量:2
13
作者 李志华 李秋峦 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2015年第10期1282-1288,共7页
随着声学探测在海洋资源开发中的广泛应用,水声成像技术已成为水下目标监测的重要手段,文章提出了一种基于三维声纳技术的在线运动目标识别方法。通过对三维声学图像进行网格搜索和三角面片连接,进行单帧三维声学图像的多层实时重建,实... 随着声学探测在海洋资源开发中的广泛应用,水声成像技术已成为水下目标监测的重要手段,文章提出了一种基于三维声纳技术的在线运动目标识别方法。通过对三维声学图像进行网格搜索和三角面片连接,进行单帧三维声学图像的多层实时重建,实现单帧图像内目标的重建、聚类与标示。结合GPS定位仪和姿态仪信息,修正位移和姿态变化引起的运动误差,利用反向投影和最近点搜索方法查找相邻图像帧之间两两匹配的控制点对,进行相邻图像帧的快速配准。根据配准矩阵将相邻图像帧的的各个目标转换到同一全局坐标系中,提取有效的声学目标特征变化相对值,并评估特征权重,实现相邻图像帧之间运动目标的在线检测与识别。通过室内水池和湖试实验,结果表明该方法能有效地实现三维声学图像在线运动目标实时识别。 展开更多
关键词 三维声纳 运动监测 运动识别
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水下机器人声纳三维成像技术 被引量:1
14
作者 何学明 《公安海警学院学报》 2012年第3期7-9,12,共4页
本文阐述了声纳技术和3D技术的工作原理以及应用,结合融入3D技术,探讨了声纳技术二维成像与3D间转化的方法与技术,以使在计算机中形成三维声纳图像。
关键词 声纳 3D 三维像
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基于垂直线阵的水下三维成像系统设计 被引量:1
15
作者 徐云翔 刘雪松 陈耀武 《中国海洋大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2018年第10期123-131,共9页
针对传统三维声呐硬件系统复杂、计算量庞大的特点,本文设计了一种基于垂直线阵的水下三维成像系统。相比于传统二维面阵成像声呐,垂直线阵成像声呐阵元数较少,硬件电路较简单。但是,垂直线阵扫面时间过长的缺点使得系统成像速率较慢,... 针对传统三维声呐硬件系统复杂、计算量庞大的特点,本文设计了一种基于垂直线阵的水下三维成像系统。相比于传统二维面阵成像声呐,垂直线阵成像声呐阵元数较少,硬件电路较简单。但是,垂直线阵扫面时间过长的缺点使得系统成像速率较慢,无法满足实时成像的需求。为解决此问题,本文提出了一种多频率发射波束形成算法,该算法通过优化垂直阵列的发射过程,有效地减少了系统发射阵列的波束发射次数,从而缩短了系统扫描时间,提升了成像速度。系统硬件部分由发射模块、接收模块、电源模块以及显示模块4个部分组成。系统通过FPGA控制120路信号的同步采样,在波束形成计算中使用并行子阵分级波束形成算法再次提高了系统的运算速率。为了验证系统的性能指标,本文先后对系统进行了波束形成仿真测试以及水下环境的实际成像测试。经测试,本文设计的垂直线阵三维声呐成像效果接近同等指标的二维面阵成像声呐,系统成像帧率较高,满足了三维声呐低功耗、小型化、实时成像的需求。 展开更多
关键词 垂直线阵 三维声呐 波束形成算法 分级波束
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相控阵三维声纳数据并行处理方法 被引量:1
16
作者 刘清文 李志华 张磊 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2011年第21期291-292,F0003,共3页
为满足相控阵三维声纳系统对可视化处理的数据实时性和完整性要求,提出一种三维声纳系统高吞吐量数据的并行处理方法。通过对声纳数据的粗粒度划分,将处理过程进行任务划分并映射到多线程,实现主控板数据处理过程的流水线作业。实验结... 为满足相控阵三维声纳系统对可视化处理的数据实时性和完整性要求,提出一种三维声纳系统高吞吐量数据的并行处理方法。通过对声纳数据的粗粒度划分,将处理过程进行任务划分并映射到多线程,实现主控板数据处理过程的流水线作业。实验结果表明,在高吞吐量情况下,该方法能将单横截面数据从获取到网络发传完成之间的时延控制在50 ms以下。 展开更多
关键词 三维声纳 并行处理 吞吐量 多线程 加速比
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相控阵三维声呐信号采集与处理系统 被引量:1
17
作者 林键 黄轶伦 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2011年第1期282-284,共3页
高精度三维成像声呐的实现需要完成大规模信号同步采集和海量数据并行计算,为此,提出基于现场可编程逻辑门阵列的并行计算系统。在使用同源时钟的前提下,利用Spartan-3对平面阵2304路换能器信号进行同步采样,通过离散傅里叶变换降采样... 高精度三维成像声呐的实现需要完成大规模信号同步采集和海量数据并行计算,为此,提出基于现场可编程逻辑门阵列的并行计算系统。在使用同源时钟的前提下,利用Spartan-3对平面阵2304路换能器信号进行同步采样,通过离散傅里叶变换降采样以减小采样数据规模,采用Virtex-5重新计算换能器权重以降低运算量,使用分步的波束形成算法以减小系统所消耗的存储器规模,同时在PC上实现三维图像实时显示。实验结果证明了该系统的可行性。 展开更多
关键词 三维声呐 声学成像 波束形成 现场可编程门阵列
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真实感动态海洋表面仿真研究 被引量:1
18
作者 张跃进 《计算机仿真》 CSCD 北大核心 2016年第6期205-207,320,共4页
由于受到特殊的海洋环境影响,使得海洋表面具有特殊的不规性和运动状态的多变性,无法详细对海洋表面的不规则性和动态多变性进行描述,导致仿真准确度低的问题。提出采用基于三维声纳图像算法的真实感动态海洋表面仿真研究方法。先计算... 由于受到特殊的海洋环境影响,使得海洋表面具有特殊的不规性和运动状态的多变性,无法详细对海洋表面的不规则性和动态多变性进行描述,导致仿真准确度低的问题。提出采用基于三维声纳图像算法的真实感动态海洋表面仿真研究方法。先计算相邻的两帧海洋表面图像邻点迭代的次数,将全部的动态海洋浅表层声纳图像实现匹配组合,根据最近邻图像间的边缘坐标信息,分析两个声纳图像帧之间的叠层部分,融合于ICP算法对超出重叠阈值范围的两帧海洋表面声纳图像进行配准,利用统计模型和FFT的波浪生成方法进行细致化的真实感动态海洋表面仿真。仿真结果表明,三维声纳图像算法的真实感动态海洋表面仿真研究方法仿真精确度高,效果好。 展开更多
关键词 图像配准 海洋表面 三维声纳
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运用三维声纳图像的水底全景拼接与绘制 被引量:1
19
作者 李志华 李秋峦 《测绘科学》 CSCD 北大核心 2015年第6期146-150,共5页
针对海量声纳图像多帧配准引起的误差累积问题,该文提出了一种基于三维声纳图像的水底全景拼接与绘制方法。首先通过相邻两帧图像最近邻点迭代,并结合GPS、姿态仪信息和X84控制点剔除方法,减少非重叠区域控制点对的存在以提高配准精度,... 针对海量声纳图像多帧配准引起的误差累积问题,该文提出了一种基于三维声纳图像的水底全景拼接与绘制方法。首先通过相邻两帧图像最近邻点迭代,并结合GPS、姿态仪信息和X84控制点剔除方法,减少非重叠区域控制点对的存在以提高配准精度,实现相邻帧图像精确配准。然后采用四元组参数对所有精确配准矩阵进行拟牛顿最优化处理,获取所有声纳帧之间最佳配准关系,减少多帧配准引起的累积误差,实现三维图像高精度全局配准。湖试与海试实验结果表明,该方法有效地减少了海量声纳图像多帧配准引起的累积误差,实现了三维声纳图像水底全景高精度拼接与绘制,达到了预期目标。 展开更多
关键词 三维声纳 图像配准 图像拼接 图像绘制
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海底三维声学图像实时处理系统设计
20
作者 李志华 李秋峦 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2014年第4期124-130,共7页
结合多核CPU硬件PC平台,设计了一种海底三维声学图像实时处理系统,主要包括声学前端信号处理子系统、数据传输控制子系统和PC客户端图像处理系统三个部分。声学前端信号处理子系统统根据接收到的多路声学换能器信号,通过两级FPGA信号处... 结合多核CPU硬件PC平台,设计了一种海底三维声学图像实时处理系统,主要包括声学前端信号处理子系统、数据传输控制子系统和PC客户端图像处理系统三个部分。声学前端信号处理子系统统根据接收到的多路声学换能器信号,通过两级FPGA信号处理,采集多通道水声信号,进行实时电子聚焦波束形成。为了解决海量声学数据快速传输问题,数据传输控制子系统未采用传统用户空间TCP/IP传输机制,而是直接通过嵌入式PowerPC处理器在Linux内核态采用DMA通道进行声学数据转发,减少系统调用和数据拷贝开销,有效提高网络传输效率。针对海量声学数据实时处理需求,PC客户端图像处理系统通过对复杂、耗时的单帧重建和数据拼接算法模块根据声学数据点的角度范围进行等分分割,对每个子范围声纳数据采用多线程并行处理,均衡多个CPU核之间负载,实现高性能三维声学图像实时处理。通过室内水池和湖试实验,结果表明该系统能够实时高效地进行三维声学图像采集、传输与处理。 展开更多
关键词 三维声学 实时处理 图像重建 图像拼接 嵌入式系统 海底 水声探测
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