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声呐实时成像怎么就那么难,主要存在什么技术难题? ...

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现在的声呐只能通过拖曳扫描成像,甚至浅水区域还不能成像,为什么不能象普通的光学摄像头那样实时成像,主要存在什么技术难题?是硬件不行还是软件,或者是算法不行吗?1 t. I* K2 \( V4 q
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非技术人员斗胆来回答一下这个问题。+ |. N% |: h2 K
现在的声呐只能通过拖曳扫描成像,甚至浅水区域还不能成像,为什么不能象普通的光学摄像头那样实时成像
针对题主这个问题,简单回答一下,我觉得这里有这么几个问题
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  • “拖曳扫描成像”的一般为侧扫声呐,并非所有的声呐都是采用拖曳成像。; h. k1 y! h" c
  • 像普遍使用的多波束测深系统,一般采用侧舷安装的方法,为了避免航行中产生的气泡等对换能器发射和接收能量的影响,换能器通常会没入水下一定距离,这就导致测深过程中会有一定的盲区,这应该就是题主所说的“浅水区域还不能成像”。3 V$ R- B* h  D8 p) A5 D. k" C$ P
  • 为什么不能像普通的光学摄像头那样实时成像,这又牵涉到声呐原理的问题了,我在这就不复制黏贴原理了,这个实际的理论大概能写成一本书了吧。
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再这说下题主对这个问题有个误区,就是二维图像声呐实时成像并不难,目前国内在这方面技术也是比较成熟,但三维实时成像技术还是有些难度。
; p* y4 |1 `$ m% d但英国的CodaOctopus公司的Echoscope实时三维声呐已经有了十多年历史了,也是目前世界上首款也是分辨率最高的实时 3D 声呐。从原理上讲是通过换能器发射50°X50°的锥形波束,同时有16000个波束同时形成,然后通过48X48的接收阵接收反射回来的信号,每个回波都有目标物相应的地理信息、距离以及信号强度信息,然后对数据先处理形成二维图像,也就是所说的帧,再通过处理软件加上距离信息,叠加形成三维信息,并进行三维可视化,这个三维模型每秒可更新12次,所以可以能够以稳定的帧频实时观看移动物体。
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( c6 `, w* B' Q; O( G, ^- h从技术难度上讲,主要有三点吧
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  • 硬件成本很高,因为要实现三维实时成像,需要相控阵控制多路信号同步采样,而且接收阵的体积控制成本也很高。
    , }8 p, o5 W+ g6 S8 K! t/ @
  • 信号处理技术难度也比较高,这些海量数据的处理运算需要内置大量的电路板,对换能器的体积等都有很多的限制。
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  • 软件要求技术也比较高,因为每秒12次的三维模型测算以及图像拼贴,就我们目前国内的技术来讲,还有些距离要走。! V- ]; A2 J! O+ F1 X0 B
利益相关,CodaOctopus公司中国代理商,如果题主有兴趣了解更多的内容,可私信我邮箱发送更多资料。8 X/ o, U! _7 h, z9 l7 ^5 s
PS:非研发人员,所以对声呐理论和电路理论都只了解皮毛,欢迎技术大拿指正。
发表于 2021-11-28 09:54:03

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题主的问题有不小的误区:1 C3 L# A7 L% h- S; k- K, t
(1)现在的声呐只能通过拖曳扫描成像" N0 k9 ~4 q& K; `% j2 L# }: P
拖曳扫描成像是侧扫声呐的主要工作方式,多波束声呐不需要拖曳也可以扫描成像。4 m( |7 G& O, a0 ], |+ V, T
(2)浅水区域还不能成像! V6 t$ g0 v% p' w
浅水区域有浅水区域成像的方式,关键是这里的浅水有量化吗?笔者曾在2m-3m水深水域获得了非常清晰的侧扫图像,鱼群、湖底地貌都很好。浅水有浅水的测量方法。0 u4 P3 f2 B3 P8 j! J
(3)为什么不能象普通的光学摄像头那样实时成像,主要存在什么技术难题?是硬件不行还是软件,或者是算法不行吗?
5 y: c& U1 m# |# O! I& O+ f不能像普通的光学摄像头:这个是因为波长决定的,可见光波长极短,分辨率极高;声波波长长,直接成像效果不佳。但也不是完全没有类似光学摄像头的设备,有个小众的细分领域声呐叫声透镜,利用极高频率声波获得近距离的直接声学图像。( B( b0 k. K& o
实时成像:大部分声呐产品都是实时成像的。计算机硬件的飞速提升,使得实时已经不再是一个卖点。
发表于 2021-11-28 10:24:03

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jnsbmj
活跃在2022-11-6
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