干涉合成孔径声纳图像配准中插值算法比较研究

干涉合成孔径声纳图像配准中插值算法比较研究

一、绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容和方法

1.4 论文结构

二、干涉合成孔径声纳概述

2.1 声纳图像基础知识

2.2 合成孔径声纳成像原理

2.3 干涉合成孔径声纳成像原理

2.4 干涉合成孔径声纳图像配准的基本方法

三、插值算法原理介绍

3.1 常见插值算法的分类和原理

3.2 干涉合成孔径声纳图像配准中涉及到的插值算法 3.3 插值算法的评价指标

四、插值算法比较研究

4.1 实验数据和方法

4.2 三种插值算法的对比实验结果和分析

4.3 对比实验结果的评价和结论

五、干涉合成孔径声纳图像配准算法改进

5.1 基于插值算法的不同权重系数的影响

5.2 基于插值算法的多方向性的影响

5.3 干涉合成孔径声纳图像快速配准的方法改进

六、结论

6.1 研究成果的总结

6.2 研究不足和展望

6.3 对未来研究的建议一、绪论

1.1 研究背景和意义

干涉合成孔径声纳（Interferometric Synthetic Aperture Sonar，InSAS）是一种先进的海洋声纳成像技术，可在浅海和深海环

境下，以高分辨率和高信噪比获取海底目标的三维信息。然而，由于水下恶劣环境和声波传播的干扰，海洋声纳成像中存在很多干扰因素，包括水下噪音、波动、海流、海水温度和水下微弱目标等。这些因素的干扰使得声纳图像配准变得十分复杂和困难，而准确的图像配准是获取高质量干涉合成孔径声纳图像的关键步骤之一。因此，干涉合成孔径声纳图像配准技术的研究和发展具有极其重要的实际意义和应用价值。

插值算法是图像处理中常用的一种重要技术，主要用于图像放大、压缩、旋转和平移等过程中像素值的补偿。在干涉合成孔径声纳图像配准中，合适的插值算法可以有效地减少图像配准过程中的失真和误差，提高配准的准确率和效率。因此，对比和研究不同的插值算法，在干涉合成孔径声纳图像配准中的应用，将有助于提高声纳图像配准的质量，进一步提升干涉合成孔径声纳技术在海洋探测和研究中的应用效果。

1.2 国内外研究现状

国内外研究者在干涉合成孔径声纳图像配准领域进行了大量的研究工作。在国外，Lee及其团队报道了一种基于局部敏感哈

希的快速干涉合成孔径声纳图像配准方法。Liu等人使用了分

块SIFT（Scale-Invariant Feature Transform）算法来进行干涉

合成孔径声纳图像配准，并得到了良好的效果。在国内，王超等人提出了一种基于干涉相位差分压缩感知的声呐图像配准方法，该方法具有较高的准确度和鲁棒性。Sin等人利用了高斯

配准和互信息相结合的方法，实现了声纳图像的准确配准。但是，干涉合成孔径声纳图像实际应用中，插值算法对图像配准质量和效率的影响仍需要更加深入的研究和探讨。

1.3 研究内容和方法

本论文的研究内容是干涉合成孔径声纳图像配准中的插值算法比较研究。主要包括以下几个方面：

（1）干涉合成孔径声纳的基本知识与图像配准方法的研究。

（2）插值算法原理的介绍和比较研究。

（3）实验数据和方法的设计，通过对比实验，分析不同插值

算法对图像配准的影响。

（4）针对不同的插值算法，在图像配准中的应用和效果进行

分析和总结。

（5）插值算法在干涉合成孔径声纳图像配准中的应用和改进。

1.4 论文结构

本论文共分六章，包括绪论、干涉合成孔径声纳概述、插值算法原理介绍、插值算法比较研究、干涉合成孔径声纳图像配准算法改进和结论。其中，第一章介绍了干涉合成孔径声纳图像配准技术研究的背景和意义，以及国内外研究现状，最后概括了本论文的研究内容和研究方法。后面五章将逐一展开具体研究内容的介绍和分析。二、干涉合成孔径声纳概述

2.1 干涉合成孔径声纳简介

干涉合成孔径声纳（Interferometric Synthetic Aperture Sonar，InSAS）是一种高分辨率的海洋声纳成像技术。该技术结合了干涉测量、合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）和声纳成像技术，能够获得水下目标的高精度三维图像。干涉合成孔径声纳利用多通道接收技术，采集相干声波回波数据，然后对这些数据进行纵向和横向组合，从而生成高精度、高分辨率的声纳图像。

2.2 干涉合成孔径声纳成像原理

干涉合成孔径声纳图像的生成过程分为多个步骤。首先，声波回波数据采集，被接收阵列中的多个接收器记录。采集的数据应该是相干的，即在干涉层次上，相位空间上的信息被保留下来。

接着，处理器会把采集的数据进行配准，以消除孔径限制所引

起的测量误差。然后将多个配准好的数据拼凑在一起，生成高精度的声纳图像。

最后，在图像成像的过程中，需要根据不同目标的特征、设计成像算法，并选用相应的显色方式，才能得到清晰准确的声纳图像。

2.3 干涉合成孔径声纳图像生成中存在的问题

干涉合成孔径声纳技术在应用中，仍存在以下问题：

（1）由于水下噪声、波动、海流、海水温度和水下微弱目标等的干扰，进行声纳图像配准时会出现失真和误差。

（2）尺度不一致问题。物体在不同距离处会有不同的尺度，使用传统的图像配准技术会存在尺度不一致的问题。

（3）图像的角度旋转问题。海洋环境是非常严峻的，声纳设备难以保持在相同的方向。由此产生的图像角度旋转问题会造成配准不准确。

（4）光学畸变的问题。由于声波传播的物理特性，光学镜头会引起畸变，这也会对图像配准产生影响。

因此，在实际应用中，需要对上述问题进行针对性的优化和改进，以提高干涉合成孔径声纳图像配准的效率和精度。其中，合适的插值算法就是解决干涉合成孔径声纳图像配准中的失真和误差问题的一种重要手段。