三维前视声纳可视化系统研究与实现

• 作 者: 贺旭
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院大学
• 发表日期: 2013年期
• 关键词: 波束形成 单帧重建 图像拼接 三维前视声纳 可视化系统

近年来，随着前视声纳在海底打捞、资源探测、地形勘测等领域的广泛应用，三维前视声纳系统成为了国内外研究的热点。三维前视声纳可以获取距离、水平、垂直三个方向的信息，通过可视化技术将获取的目标实时三维显示，能让水下各种潜器更好的工作。因此开展三维前视声纳领域的实时数据处理和三维可视化研究有着重要的理论意义和工程应用价值。本文针对三维前视声纳系统三维数据实时显示的需求，设计并实现了基于DSPC6678和三维可视化库VTK的可视化显示系统。　　首先研究了三维可视化系统的总体框架结构，设计了系统的框架结构，对各个子模块功能进行了开发实现。三维可视化软件系统主要由信号处理模块、网络数据收发模块、数据存储模块、可视化算法处理模块、显示模块组成。其中信号处理模块的功能主要是实现波束形成算法和滤波器算法等;网络数据收发模块的主要功能是实现负责声纳数据的接收，对湿端发送控制命令等;数据存储模块主要负责对声纳数据和图像数据进行保存，进一步后期分析处理;可视化算法处理模块的功能是实现单帧可视化算法和图像拼接算法;显示模块负责对三维数据进行实时显示以及和用户进行交互，如图像的旋转、缩放等。　　其次研究了C6678的多核结构和并行编程，C6678是德州仪器公司出的最新的8核DSP，具有高性能、低功耗、支持多核编程等特点。基于C6678的流水线模式，本文实现了多核模式的CIC滤波器算法和频率波束形成算法，通过将相位补偿因子保存在全局内存表中，相位补偿运算只需要通过查表就能得到补偿因子，提高了波束形成算法的速度。　　进一步本文研究了三维可视化技术，三维数据有面绘制和体绘制两种可视化算法，考虑系统实时显示的需求，可视化系统采用了面绘制算法，可以提高绘制速度。在此基础上，详细介绍了三维可视化库VTK的框架结构，可视化系统调用了三维可编程库VTK进行三维数据的可视化。本文根据前视声纳数据的特点，对传统的三角形法重建三维表面过程进行了优化，提高了单帧重建的速度;同时对相邻帧空间点配准算法ICP进行了改进，提高了相邻帧图像配准的速度。　　最后对系统各个模块进行了功能测试，设计了简单的测试方案和测试流程，演示了相关测试结果。