Page 177 - 《应用声学》2025年第2期

第 44 卷 第 2 期 曾腾等： 双时相合成孔径声呐图像目标变化检测方法 437

时刻的声图看作是参考帧 I 1 ，T 2 时刻的声图看作是 选择图 3 中T 1 和 T 2 时刻声图特征点，如图 4 所
待变换的当前帧I 2 ，则两帧之间的几何变换表示为 示，两个时刻的声图特征平稳，因此选取最为凸显的
两组特征点，选取原则一方面基于特征点相对于周
I 2 = H · I 1 , (4)
边的相对亮度，一方面基于相对几何关系。
T
T
其中，I 1 = [x 1 , y 1 , 1] 和 I 2 = [x 2 , y 2 , 1] 分别是参
经过空间校正后，将T 2 时刻声图根据几何变换
考帧和当前帧的特征点坐标，H 是3×3 的几何变换
求解得到的变换参数，映射到 T 1 时刻的空间坐标系
矩阵，几何变换估计是对H 进行求解的过程。 中，此时将两幅图重合，重合结果见图 5，可以看出
 
经过一定的旋转、平移和缩放，两个时刻的声图基
s · cos(ϕ) −s · sin(ϕ) t x
 
  于特征点实现了基本一致的重合状态。
H = s · sin(ϕ) s · cos(ϕ) t y  , (5)
 
0 0 1
其中，s为缩放因子，ϕ为旋转量，t x 和t y 分别是x和
y 方向的平移量。

(a) ᄬಖ࣋ஊҒ (b) ᄬಖ࣋ஊՑ (c) ڏϸ᧘Ռፇ౧ 图 5 T 1 和 T 2 时刻校正后声图重合结果
Fig. 5 Acoustic image overlap result after spatial
图 3 T 1 和 T 2 时刻校正前声图重合结果
correction at time T 1 and T 2
Fig. 3 Acoustic image overlap result before spatial
2.2 声图均衡处理
correction at time T 1 and T 2
出于目标检测的目的，双时相声图的 ROI选择
代价函数为前后时刻图像逐像素间的绝对强
有较大亮度变化频率或者有显著特征点存在的部
度差，描述为
分，排除像素亮度变化平坦的区域。根据该选取标
∑
h = arg min |I j − I j-1 |, (6)
(ϕ,s,t x ,t y ) 准，选择ROI为蓝色框内的声图范围，如图6所示。
j
其 中， j 为 当 前 帧 数， 参 考 帧 为 上 一 时 刻 帧

Frame sp = Frame j−1 ，文中只对双时相进行讨论，
因此代价函数为
∑
h = arg min |I 2 − I 1 |. (7)
(ϕ,s,t x ,t y )

ྲढ़གA'
ྲढ़གA
ྲढ़གB
ྲढ़གB' 图 6 ROI 选取结果
Fig. 6 ROI area selection result
由前述可知，经过空间校正的声图虽然在坐标
系下完成了统一，但受限于 SAS 成像的几何原理，

图 4 T 1 和 T 2 时刻水下声图特征点对应图 声图的亮度分布不均匀，前后时相对应的像素亮度
Fig. 4 Correspondence of underwater acoustic im- 变化规律不一致，需要对声图进行均衡的图像处理
操作，为后续的直接比较的变化检测方法奠定基础。
age feature points at time T 1 and T 2