论文阅读笔记_001 Micro-Bathymetry Data Acquisition for 3D Reconstruction of Objects on the sea floor

 

论文阅读笔记_001　Micro-Bathymetry Data Acquisition for 3D Reconstruction of Objects on the sea floor

• • 立一个FLAG
  • 论文来源介绍
  • 研究目的
  • 航行器基本情况介绍
  • 主要方法介绍
  • • 任务规划范例
    • 声呐数据处理
    • • BDI——Bearing Direction Indicator
      • Maxs along DOA——maximum intensities along each Direction of Arrival
      • WMT——Weighted Mean Time
  • 写在最后

 

立一个FLAG

论文阅读笔记的编号是三位数，希望自己能够坚持下来写到999。

论文来源介绍

这次记录的论文是一篇发表于 2017 年的 IEEE Oceans 会议论文。作者是 Diogo.Machado, Thomas Furfaro , Samantha Dugelay ,意大利人，属于北约(NATO)科学与技术组织，海事研究中心。

Machado, D., Furfaro, T., Dugelay, S., & Ieee. (2017). Micro-Bathymetry Data Acquisition for 3D Reconstruction of Objects on the Sea Floor. In Oceans 2017 - Aberdeen.

研究目的

本文的题目是海底目标3维重建过程中的微地形数据采集(Acquisition)，由于AUV挂载的多波束声呐横向覆盖范围有限且航行器存在导航偏差，单次的航行一般不能完全覆盖目标物体。针对以上问题作者提出了一种兼顾探测效率和覆盖面积的任务规划方法（范例），除此之外本文还介绍了一些适用于多波束声呐的数据处理方法。

航行器基本情况介绍

文中采用以REMUS－100为载体，通过LBL系统进行水下导航。AUV搭载的有：ADCP、CTD、双频侧扫声呐和一个声学调制解调器。

此外，还搭载了一个多波束声呐（文章的重点研究对象）

项目	Value
型号	Blue view MB2500-N
波束数	256
波束宽度	1°
波束间宽	0.18°
开角	42°
测量范围	1-10米
频率	40-60HZ

主要方法介绍

任务规划范例

这里部分作者写的较为简单，对任务约束进行定性分析后就直接给出了路径。主要的约束有两条：

1. 由于边缘测量不准，所以要保证有$\genfrac{}{}{0ex}{}{1}{3}$的重叠
2. 由于需要3D视图，所以要从多个方向对目标进行测量
   文中给出的路径如下图：
   

声呐数据处理

文中给出的数据处理流程如下：

首先是声呐给出的RT图(Range-Theta)，它的行代表距离或时间，列代表声呐波束方向，下图是AUV扫描到圆柱时的单ping RT图

通过坐标转换可以较为容易的得到XY坐标系下的原始数据图，之后需要对XY坐标下的原始数据图进行进一步的处理才能得到点云数据。这里作者介绍了几种常用的方法，进行了一定的分析：

BDI——Bearing Direction Indicator

BDI方法噪声较大，但是在掠射角较大的区域有其独到的优势。

[1] D. L. d. S. Pereira and John E. Hughes Clarke, “Improving shallow water multibeam target detection at low grazing angles:,” in US Hydrographic Conference, 2015.

Maxs along DOA——maximum intensities along each Direction of Arrival

这个方法原理很简单就是取波束方向上的最大强度位置为目标点，缺点是数据不够平滑，细节不丰富。

WMT——Weighted Mean Time

结果上看是WMT更好一点，但是存在部分数据失真的问题。原理请参考论文

[2] C. Moustier, “Signal Processing for Swath Bathymetry and Concurrent Seafloor Acoustic Imaging,” in Acoustic Signal Processing for Ocean Exploration. Dordrecht: Springer Netherlands, 1993, pp. 329–354.[Online]. Available: http://link.springer.com/index/10.1007/978-94-011-1604-6{\ }33

写在最后

这篇论文没有比较深的理论研究，但是其中介绍的方法和具体实验细节是值得借鉴的。由于我不是水声工程专业的，对文中提到的BDI和WMT方法没有较为直观的认识，所以下一篇（或者两篇）博客会对这两种方法进行介绍。