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起伏冰表面轮廓提取及其起伏程度分析方法

Surface profile extraction and its irregularity analysisof irregular ice
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摘要 冰水界面的声反射、声散射是冰下声传播、冰下混响特性的研究基础,然而粗糙冰水界面的起伏度是影响反射、散射的重要因素。因此有效提取冰水界面起伏轮廓及正确分析起伏程度的方法对冰下声反射、声散射的研究具有重要意义。针对有效提取粗糙冰水界面起伏轮廓的问题,提出了印模加图像处理的方法,即采用数字图像处理中形态学的闭运算、膨胀及边缘提取方法对印模图像进行处理,从而得到粗糙冰水界面起伏轮廓。然后,采用统计直方图、高阶统计量和粗糙度计算来联合分析冰水界面起伏度。最后,通过实验室试验验证了粗糙冰水界面起伏轮廓提取方法的可行性,验证了起伏度联合分析方法能够有效地分辨并比较冰表面轮廓起伏程度的大小及统计特性,为后续实验室条件下研究不同起伏情况的冰下声反射系数、声散射系数变化规律提供必要的技术支撑。 The acoustic reflection and acoustic scattering at the ice-water interface are the basis for the study of under-ice sound transmission and reverberation characteristics. However,the roughness of the ice-water interface is an important factor affecting the reflection and scattering. Therefore,extractingthe contoursof the ice-water interfaceeffectively and analyzing the degree of undulation correctly are ofgreat significance for the research on under-ice acoustic reflection and acoustic scattering. Aiming at the contours extractionof rough ice-water interface,a method of stamping and image processing is proposed. The digital image processing is performed by using the morphological closing operation,expansion and edge extraction methods,to obtain thesurface profile of the rough ice water interface. Then,the statistical histogram,high-order statistics and roughness calculation are used to analyze the ice-water interface fluctuation together. Finally,the feasibility of the proposed methodis verified by laboratory experiments. It is provedthat the joint analysis method can effectively distinguish and compare the size and statistical characteristics of ice surface contours. It can provide necessary technical support to study the under-ice reflection coefficient and scattering coefficient under different the contours of rough ice-water interface in the laboratory conditions.
作者 朱广平 宋泽林 殷敬伟 景严 王雷 Zhu Guangping1,2,3 , Song Zelin1,2,3, Yin Jingwei1,2,3 , Jing Yan1,2,3, Wang Lei1,2,3 (1. Acoustic Science and Technology Laboratory, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China ; 2. Key Laboratory of Marine Information Acquisition and Security( Harbin Engineering University), Harbin 150001, China; 3. College of Underwater Acoustic Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China)
出处 《仪器仪表学报》 CSCD 北大核心 2018年第5期115-122,共8页 Chinese Journal of Scientific Instrument
基金 国家自然科学基金重点项目(61631008) 中央高校基本科研业务费专项资金(heu10500170006)资助
关键词 冰水界面起伏轮廓 印模 形态学 统计直方图 高阶统计量 undulate profile of ice-water interface impression morphology statistical histogram higher order statistics
作者简介 朱广平(通信作者),2003年于东北林业大学获得学士学位,2009年于哈尔滨工程大学获得博士学位,现为哈尔滨工程大学副教授,主要研究方向为主动目标特征提取与识别、海洋混响、冰层声学特性等相关技术。E-mail:guangpingzhu@hrbeu.edu.cn;宋泽林,2016年哈尔滨工程大学获得学士学位,现为哈尔滨工程大学硕士研究生,主要研究方向为冰下信号处理、冰下目标识别及相关技术。E-mail:1224498831@qq.com
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