The Practical Issues of Sonar Image Processing

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1 The Practical Issues of Sonar Image Processing
聲納影像處理實務 The Practical Issues of Sonar Image Processing 張逸中 致遠管理學院電機系 於台灣海洋科技研究中心 2008/8/25

2 相關經驗簡介 1992：使用SEGY格式資料首次處理數位聲納影像 1994：參與LNG計畫，負責側掃聲納資料處理
1998：解析國內各側掃聲納系統數位資料格式 1999：與中山大學合作研發側掃聲納軟體 2000：發表側掃聲納資料收錄與影像處理軟體 2001：至中央、中正、海大與萬象館發表演講 2002~2008：開發導航、多音束、震測等軟體 2008：參與西南海域多音束水深及底拖聲納調查 計畫，開發側掃聲納資料處理軟體

3 I am talking about the real SOFTWARE ! For each one of my jobs.
Beware ! I am talking about the real SOFTWARE ! For each one of my jobs.

4 Sidescan Layout in the Field
1.SS事實上是分兩側的聲納陣列 2.拖曳可以讓影像穩定

5

6 System designed in 2000 by Visual Basic 6
System designed in 2000 by Visual Basic 6.0 on Windows 98, Pentium II 400M

7 Slant Range Correction

8 System designed in 2000 by Visual Basic 6
System designed in 2000 by Visual Basic 6.0 on Windows 98, Pentium II 400M

9 Mosaic Processing System designed in 2000

10 Mosaic Time Series ↓ (+GPS) Geographical Map

11 Data Processing Flowchart for Software in 2008

12 About Binary Data Format …
古典式→ SEG-Y etc. 階層式架構：File Header > Trace Header > Data 各儀器測量資料採預設保留欄位的方式 資料收錄時先組裝紀錄(Record)資料再存檔(同步) 資料後處理簡單快速，資料收錄系統複雜較易出錯中斷 網路式→ XTF or JSF etc. 封包式架構：Message1 > Message2 …etc. 不預設資料欄位，各儀器資訊隨到隨存。 各種資料不互相協調直接以封包形式加到檔案中(非同步) 資料後處理程式複雜；前端收錄系統簡單穩定不易中斷。

13 Raw Data Display (Depth marked)

14 Raw Data in Time Series Port Side Starboard Side

15 After Slant Range Correction

16 Beam Pattern Recognition (statistics)
Angle Average Intensity …… 0.2 0.4 89.8 90

17 Effect of Time Series Data after Beam Pattern Correction

18 After Beam Pattern Correction

19 AGC 與 TVG AGC: Automatic Gain Control，通常指一個時間序列(Time Series)資料內的自動增益，譬如將較遠較弱的晚到訊號增強。通常是 e f(t) 形式的函數，最理想的AGC可以解決Beam Pattern 的問題。 TVG: Time Variant Gain，自動感測目前回訊的平均能量，自動調整增益。譬如船隻到深水域時發射能量或接收資料的增益自動增強。對於聲納影像來說：Ii is generally not a good idea! 保持資料強度穩定的方式最好是力學而非電學的。

20 成因與解決方案 成因：Heave，Pitch，Roll，TVG 解決方案 增加拖曳深度與調整航速使機體穩定 降低TVG敏感度或完全關閉
提高AD品質，以影像後處理解決問題 假設一：每個 Ping 的平均能量與前後 Ping 相似 假設二：某個訊號特徵為背景，能量應該一樣。

21 Ping Intensity Normalization

22 Manual Ping Intensity Normalization

23 Mosaic Processing Notes

24 Mosaic No Processing

25 Mosaic Slant Range Corrected

26 Mosaic Beam Pattern Corrected

27 Mosaic Ping Intensity Corrected

28 Mosaic Ping Intensity Refined

29 航線不可能為完美直線，所以…

30 Patch Methods Interpolation Point Repetition 鄰近點的內插，類似地形網格的作法 重複最近點的資料
摘自中山大學海下技術研究所薛渡瀛碩士論文

31 摘自中山大學海下技術研究所薛渡瀛碩士論文

32 Footprint Scanning Patch
影像縫隙應否修補的理論基礎是什麼？ Imagine the footprint of sonar!

33 Footprint Scanning Patch
在任何一次聲納發射的足印範圍內的縫隙都應該修補； 且應優先使用發射中心軸線最接近的那筆資料！ 請注意！ 原始時間序列資料的密度永遠高於影像像素密度! 所以上圖中偏離軸線的綠色像素點， 可以取用時間(距離)最接近的原始資料強度值， 不必與軸線上的像素點強度相同或相關！

34 Mosaic Crevices un-Patched

35 Mosaic Crevices Patched
不會有內插運算產生的條紋

36 High Resolution Mosaic in 1mX1m

37 處理聲納影像有多難？ Txt _ Yes Txt/Bin Bin Sidescan Sonar Data /Ping Data Type
Geometry Correction Intensity Gepgraphical Projection Single Beam 1 Txt _ Yes Multi ~100 Txt/Bin Subbottom Profiler ~1000 Bin Sidescan Sonar >10000

38 什麼比較難？ 軟體開發的主要技術障礙 Binary Data Handling
How to read and write in binary way ? Graphic User Interface Too many “threads” for amateur ! Speed Performance: How to read data faster ? How to cut down the computation ? How to save the memory wasting ? How to create images faster ?