高效资料处理与成图技巧

作为海底开发的重要基础设备，侧扫声呐能够实现水下高分辨成像，直接影响着海底探测的科学性与有效性。侧扫声呐数据处理主要包括两个方面：除噪和斜距校正。侧扫声呐是距离成像，工作时换能器距海底高度与系统量程之比可达1∶10，因此图像中目标存在着严重的透视收缩、叠掩和顶点位移等几何畸变，目前多采用基于声线跟踪法的斜距功能予以消除；侧扫声呐系统在某时刻接收的回波，是水下各反射声波的矢量和，包含了各种噪声，严重时可造成声图误判。因此，对侧扫声呐数据进行噪声处理十分必要。目前，主要包括以整幅图像为研究对象的光学图像滤波以及一维离散小波变换的实时噪声抑制等方法。而侧扫声呐影像是依据扫描像素的灰度来显示目标轮廓和结构以及地貌起伏形态，其强弱有两种基本变化特征：①隆起形态的灰度特征。海底隆起形态在声呐图像上的灰度特征是前白后黑，亦即白色反映目标阳石实体形态，黑色为阴影；②凹陷形态的灰度特征。海底凹洼形态在扫描线上的灰度特征是前黑后白，亦即黑色是凹洼前壁无反射回声波信号，白色是凹洼后壁迎声波面反射回波声信号加强。

侧扫声呐的资料处理主要就是对声呐图像灰度信号的判读，即根据经验对声呐图像的灰度进行人工数字化的过程。首先，对声呐图像中的干扰信号、噪声及不具有工程意义的回声信号进行辨别和排除。其次，结合海底取样和浅地层剖面特征，进行海底面状况判读。依据声呐图像的灰度和纹理特征，识别海底沉积物类型，摘取不同底质类型分界点的点位数据，通过与相邻测线的比对分析，确定各类沉积物与裸露基岩的分布范围。依据目标的阴影与形状，进行海底障碍物识别和定位。最后，对判读出的海底面特征和海底障碍物，依据拖鱼的安装位置和航向航速进行坐标偏差改正，确定它们的真实位置、分布范围、大小和形状。海底地貌声呐图像的特点决定了判读人员需要有广泛的理论知识和一定的实际经验。判读方法有目视判读和计算机模式识别两种。早期的声图判读很困难，随着系统的改进，图像质量的提高，以及经验的积累，使得目前的图像判读工作变得更容易、可靠。

1.目标判读

目标判读就是通过分析侧扫声呐影像，识别自然的或者人工障碍物和不良地质现象的过程。侧扫声呐适用于高出海底平面的凸起物或水体中的物体，如沉船、礁石、水雷等目标的探测，其成像的主要特点是阴影图像。海底凸起目标，其朝向换能器的一面阳面，回波能量强，在图像上表示较亮；背向换能器的一面，由于被遮挡，在声图上表现很暗，即目标的阴影。有些声呐系统的显示方式正好相反，目标为深色，阴影为浅色。目标的高度可根据相关公式计算，阴影通常比目标回波包含更多的细节信息，国外很多学者利用其对目标进行检测、识别和分类。随着侧扫声呐图像质量的提高和典型目标图像的积累，对目标物进行判读也变得更加可靠和容易，最终得到目标物的形状、大小、阴影、灰度和相关物体等信息。

2.地形判读(www.xing528.com)

因为侧扫声呐的高分辨率，利用它可检测出只用水深测量无法检测出的细小地形、沙波的变化。在开阔的测区，可通过障碍物周围沙波大小、高度和方向的变化，判定流速和流向的变化。一般而言，海底地形凸起时，阳面回波信号强而阴面回波信号弱，在距离向上形成先浅后深的图像特征。海底地形凹陷时，正好相反。这部分信息一般需要与勘察所获取的地形数据进行对比，互相验证。

3.底质判读

声图的灰度主要反映两种信息：地形和底质。回波强度与底质的作用主要有两个因素：底质的声学特性和粗糙度。海底的粗糙度是指声图分辨率大小范围内海底起伏的程度，与沉积物类别直接有关。但完全依据侧扫声呐图像确定海底表层的底质类型和分布情况是很困难的，必须借助于对海底地质构造和地貌特征的了解，通过结合浅地层剖面图像以及与现场底质采样结果的比对分析，得出真实可靠的判读结论。