Brevet FR3095048A1 — publié le 20201016

Description Titre de l'invention : APPAREIL DE TRAITEMENT D'IMAGE SONAR, PROCEDE DE TRAITEMENT D'IMAGE SONAR ET PROGRAMME Domaine technique 100011 La présente divulgation concerne un appareil de traitement d'image sonar, un procédé de traitement d'image sonar et un programme. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE [0002] Un sonar à balayage latéral (SSS) est largement connu en tant que technique d'étude des fonds marins. Le sonar à balayage latéral émet un faisceau acoustique de haute directivité et forme une image de l'ombre acoustique correspondant à l'irrégularité de la surface de fond marin. En outre, un sonar à ouverture synthétique (SAS) employant un traitement à ouverture synthétique en tant que traitement pour améliorer la résolution du sonar à balayage latéral dans une direction azimutale est connu. [0003] Un sonar qui emploie le système à balayage latéral, comme un sonar à balayage latéral ou un sonar à ouverture synthétique, crée une image de la surface de fond marin (une carte topographique du fond marin) tout en balayant une zone étudiée en se déplaçant suivant un motif en forme de bandes. Ce type de procédé dans lequel un sonar recueille des données en se déplaçant linéairement tout en réalisant continuellement une émission/réception acoustique est appelé un procédé de carte en bande (par exemple demande de brevet japonais non examinée publiée sous le n° 2010-127771 (document de brevet 1)). [0004] Dans ce type de sonar, un angle (un angle d'inclinaison) formé par la direction de dé- placement du sonar et la direction dans laquelle le faisceau acoustique se dirige vers une région d'irradiation acoustique varie de manière à irradier le faisceau acoustique dans une pluralité de directions d'inclinaison pour la même zone en étant dans un mode d'inclinaison. Par cette configuration, une carte multiplexée peut être créée sur la base d'une pluralité d'images d'inclinaison obtenues dans chacune de la pluralité de directions d'inclinaison. [0005] Lorsque les cartes créées pour la pluralité de directions d'inclinaison sont unifiées dans une carte unique, idéalement, des images ponctuelles à la même position se chevauchent à la même position dans toutes les images d'inclinaison. Néanmoins, il existe un cas dans lequel la position de l'image ponctuelle dévie pour chaque image d'inclinaison en raison de -l'imprécision ou du manque dc fiabilité de la mesure par une vitesse du son dans l'eau du sonar. Ce problème devient plus apparent dans un sonar à ouverture synthétique ayant une haute résolution spatiale, provoquant une détérioration 2 de la qualité d'image de la carte unifiée. [0006] En outre, un gain de traitement est réduit lorsque la précision de la mesure de la vitesse du son dans l'eau utilisée pour un traitement de signal est basse dans le sonar à ouverture synthétique. Cela apparaît en tant qu'un phénomène dans lequel une image devient floue dans le cas d'une image ponctuelle, et cette image qui devrait être vue clairement en tant qu'un point est floue dans la direction azimutale. Il est donc nécessaire de mesurer la vitesse du son dans l'eau le plus précisément possible, non seulement dans l'unification de la pluralité d'images d'inclinaison dans une carte, mais également dans le traitement à ouverture synthétique d'une image d'inclinaison unique. [0007] En tant que technique pour corriger des changements d'une vitesse du son dans l'eau, la demande de brevet japonais non examinée publiée sous le n° H09-127238 (document de brevet 2) divulgue une technique pour corriger des changements d'une vitesse du son sans avoir à mesurer la température de l'eau ou la densité de sel dans un système de mesure de position sous-marine qui calcule une position d'un point objet sur la base d'un temps de propagation des ondes ultrasonores par le procédé SBL (ligne de base courte ou « Short Base Line » en anglais). Dans le document de brevet 2, une vitesse du son est présumée et une pluralité de valeurs de coordonnées de points objet sont calculées pour différents trajets de propagation d'ondes ultrasonores, le calcul des valeurs de coordonnées étant répété en changeant la valeur présumée de la vitesse du son jusqu'à ce que les valeurs de coordonnées coïncident l'une avec l'autre à l'intérieur d'une plage d'erreur prescrite, et la valeur présumée pour laquelle les valeurs de coordonnées coïncident l'une avec l'autre à l'intérieur de la plage d'erreur étant déterminée en tant que vitesse du son. [0008] Dans le document de brevet 2, un répondeur qui génère une impulsion d'onde ul- trasonore est disposé au point objet et quatre récepteurs, chacun d'eux recevant une impulsion ultrasonore, sont disposés dans un plan xy pour calculer chacune de la coordonnée x et de la coordonnée y du point objet par le procédé SBL. Cette technique n'est pas destinée à une application dans un sonar employant le système à balayage latéral. Exposé de l'invention [0009] Un objet de la présente divulgation consiste à proposer, compte tenu du problème susmentionné, un appareil de traitement d'image sonar, un procédé de traitement d'image sonar et un programme par lesquels une vitesse du son dans l'eau peut être estimée avec précision et une détérioration d'une qualité d'image d'une image sonar peut être supprimée. [0010] Un appareil de traitement d'image sonar selon un premier aspect illustratif 3 comprend : une unité d'acquisition de données configurée pour acquérir une pluralité de données de sonar dans une pluralité de directions d'inclinaison et une vitesse mesurée du son dans l'eau; une unité dc traitement d'image configurée pour convertir la pluralité de données de sonar en images en utilisant la vitesse mesurée du son dans l'eau et créer dc ce fait une pluralité d'images sonar ; une unité de détection d'image ponctuelle configurée pour détecter une image ponctuelle dans chacune de la pluralité d'images sonar ; une unité d'extraction d'image ponctuelle configurée pour extraire une paire d'images ponctuelles positionnées sensiblement à la même position à travers la pluralité d'images sonar parmi les images ponctuelles détectées ; et une unité d'estimation de vitesse du son configurée pour calculer une différence entre des coordonnées de distance-azimut de la paire d'images ponctuelles et estimer une vitesse corrigée du son dans l'eau pour laquelle la différence est minimisée. [0011] Un procédé de traitement d'image sonar selon un deuxième aspect illustratif comprend : l'acquisition d'une pluralité de données de sonar dans une pluralité de directions d'inclinaison et d'une vitesse mesurée du son dans l'eau; la conversion de la pluralité de données de sonar en images en utilisant la vitesse mesurée du son dans l'eau et la création de ce fait d'une pluralité d'images sonar ; la détection d'une image ponctuelle dans chacune de la pluralité d'images sonar ; l'extraction d'une paire d'images ponctuelles positionnées sensiblement à la même position à travers la pluralité d'images sonar parmi les images ponctuelles détectées ; et le calcul d'une différence entre des coordonnées de distance-azimut de la paire d'images ponctuelles et l'estimation d'une vitesse corrigée du son dans l'eau pour laquelle la différence est minimisée. [0012] Un programme selon un troisième aspect illustratif amène un ordinateur à réaliser un processus d'acquisition d'une pluralité de données de sonar dans une pluralité de directions d'inclinaison et d'une vitesse mesurée du son dans l'eau; un processus de conversion de la pluralité de données de sonar en images en utilisant la vitesse mesurée du son dans l'eau et ainsi de création d'une pluralité d'images sonar ; un processus de détection d'une image ponctuelle dans chacune de la pluralité d'images sonar ; un processus d'extraction d'une paire d'images ponctuelles positionnées sensiblement à la même position à travers la pluralité d'images sonar parmi les images ponctuelles détectées ; et un processus de calcul d'une différence entre des coordonnées de distance-azimut de la paire d'images ponctuelles et d'estimation d'une vitesse corrigée du son dans l'eau pour laquelle la différence est minimisée. [0013] Selon la présente divulgation, il est possible de proposer un appareil de traitement d'image sonar, un procédé de traitement d'image sonar et un programme par lesquels une vitesse du son dans l'eau peut être estimée avec précision et une détérioration d'une qualité d'image d'une image sonar peut être supprimée. Brève description des dessins [0014] Les aspects, caractéristiques et avantages susmentionnés et autres de la présente di- vulgation vont devenir plus apparents à partir de la description suivante de certains modes de réalisation illustratifs en référence aux dessins annexés sur lesquels : [0015] [fie.11 est un schéma représentant comment le fond marin est étudié par un sonar employant le système à balayage latéral ; [0016] [fie.21 est un schéma représentant la figure 1 vue selon une direction azimutale ; [0017] [fie.31 est un schéma représentant une configuration d'un appareil de traitement. d'image sonar selon un mode de réalisation illustratif ; [0018] [fie.41 est un organigramme représentant. un procédé de traitement. (l'image sonar selon un premier mode de réalisation illustratif ; [0019] [fig.5] est un schéma expliquant un traitement de détection d'une image ponctuelle d'une image d'inclinaison et un traitement d'extraction d'une paire d'images ponctuelles qui sont positionnées sensiblement à la même position à travers une pluralité d'images d'inclinaison parmi les images ponctuelles détectées ; [0020] [fig.6] est un schéma expliquant un traitement d'estimation d'une vitesse du son dans l'eau ; [0021] [fig.7] est un organigramme représentant un procédé de traitement d'image sonar selon un deuxième mode de réalisation illustratif ; [0022] [fig.8] est un organigramme représentant un procédé de traitement d'image selon un troisième mode de réalisation illustratif ; [0023] [fig.9] est un organigramme représentant un procédé de traitement d'image selon un quatrième mode de réalisation illustratif ; [0024] [fig.10J est un organigramme représentant un procédé de traitement d'image selon un exemple comparatif ; [0025] [fig.1 1] est un schéma représentant une relation entre un faisceau acoustique et un objet cible dans trois directions d'inclinaison et un état unifié de trois images d'inclinaison ; [0026] [fig.12J est un schéma expliquant un problème d'un exemple comparatif ; [0027] [fig.13J est un schéma expliquant un autre problème de l'exemple comparatif ; et [0028] [fig.14] est un schéma expliquant un autre problème de l'exemple comparatif MODES DE RÉALISATION 100291 Des modes de réalisation illustratifs de la présente divulgation sont expliqués ci-après en référence aux dessins annexés. Par souci d'éclaircissement de l'explication, la description ci-après et les dessins annexés font l'objet d'omissions partielles et de simplifications selon les besoins. En outre, chacun des éléments représentés en tant qu'un bloc fonctionnel réalisant divers traitements sur les dessins annexés peut être constitué d'une unité centrale (CPU), d'une mémoire et d'autres canaux sur le plan matériel. En outre, la présente divulgation peut réaliser un traitement arbitraire en amenant une unité centrale (CPU) à exécuter un programme informatique. L'homme du métier peut donc se rendre compte que ces blocs fonctionnels peuvent être réalisés sous diverses formes selon uniquement une configuration matérielle, uniquement une configuration logicielle, ou une combinaison de celles-ci, et ils ne sont pas limités à celles-ci. [0030] Le programme peut être stocké et fourni à un ordinateur en utilisant n'importe quel type de support non transitoire lisible par ordinateur. Des supports non transitoires lisibles par ordinateur comprennent n'importe quel type de support de stockage tangible. Des exemples de support non transitoire lisible par ordinateur comprennent des supports de stockage magnétiques (comme des disquettes, des bandes magnétiques, des disques durs, etc.), des supports de stockage magnétiques optiques (comme des disques magnéto-optiques), des CD-ROM (mémoire morte sur disque compact), CD-R (disque compact enregistrable), CD-R/W (disque compact réinscriptible), et des mémoires à semi-conducteurs (comme ROM masquée, PROM (ROM programmable), EPROM (PROM effaçable), ROM flash, RAM (mémoire vive), etc.). Le programme peut être fourni à un ordinateur en utilisant n'importe quel type de support transitoire lisible par ordinateur. Des exemples de support transitoire lisible par ordinateur comprennent des signaux électriques, des signaux optiques, et des ondes électromagnétiques. Des supports transitoires lisibles par ordinateur peuvent fournir le programme à un ordinateur par l'intermédiaire d'une ligne de communication filaire (par exemple des fils électriques, et des fibres optiques) ou d'une ligne de communication sans fil. [0031] La présente divulgation concerne un appareil de traitement d'image pour un sonar qui étudie les fonds marins en utilisant un faisceau sonore et un procédé de traitement d'image sonar et un programme. Tout d'abord, un exemple d'étude des fonds marins en utilisant un sonar employant le système à balayage latéral est expliqué en référence aux figures 1 et 2. La figure 1 est un schéma représentant comment les fonds marins sont étudiés par un sonar employant le système à balayage latéral. [0032] Un émetteur-récepteur d'un sonar S est monté sur un véhicule sous-marin V (auquel il est fait ci-après référence simplement en tant que véhicule) comme un UUV (véhicule sous-marin sans équipage) qui se déplace sous l'eau. A noter qu'un remorquage par un navire de surface d'un corps à remorquer sur lequel l'émetteur-récepteur du sonar est monté et la réalisation d'une étude en régulant la profondeur de l'eau sont couramment effectués. Comme cela est représenté sur la figure 1, une distance du fond marin à la surface du niveau de la mer est la profondeur de l'océan. En outre, il est fait référence à une distance du fond marin au véhicule V en tant que hauteur véhicule-fond marin, et à une distance de la surface du niveau de la 6 nier au véhicule Yen tant que profondeur de véhicule. Une direction azimutale est la direction de déplacement du véhicule V, c'est-à-dire la direction dans laquelle l'émetteur-récepteur du sonar S se déplace. [0033] La figure 2 est un schéma représentant la figure 1 vue selon la direction azimutale. Ici, une direction de distance fait référence à une direction qui est perpendiculaire à la direction de déplacement (la direction azimutale) du véhicule V dans un plan horizontal. L'émetteur-récepteur du sonar S est disposé de sorte que la direction d'irradiation et la direction de réception du faisceau sonore soient à des angles fixes par rapport au fond marin. À noter que la direction d'irradiation du faisceau sonore est une direction de distance inclinée et une direction dans laquelle le faisceau sonore irradié est projeté sur la surface de fond marin est une direction de grandes distances. La direction de distance inclinée et la direction de grandes distances sont établies pour correspondre l'une à l'autre sur une base d'une à une par la multiplication/la division d'un cosinus d'un angle d'irradiation du faisceau acoustique. En outre, une zone d'exploration du sonar employant le système à balayage latéral dans la direction de distance au niveau du fond marin est une largeur d'andain. [0034] Dans le mode de réalisation illustratif, un angle (un angle d'inclinaison) formé par la direction de déplacement du sonar (la direction azimutale) et la direction dans laquelle le faisceau acoustique se dirige vers une région d'irradiation acoustique (une direction de distance inclinée) varie de manière à irradier le faisceau acoustique dans une pluralité de directions d'inclinaison pour la même zone. Une carte multiplexée est créée sur la base de la pluralité d'images sonar (les images d'inclinaison) qui sont obtenues dans la pluralité de directions d'inclinaison [0035] Le véhicule V comprend un instrument de mesure de la vitesse du son et est capable de mesurer la vitesse du son dans l'eau à tout moment même lorsque le sonar est en cours d'exploitation. Comme cela est représenté sur la figure 2, la vitesse du son dans l'eau dépend de la profondeur, comme représenté sur la figure 2, et il est possible de mesurer directement la vitesse du son dans l'eau à la profondeur de véhicule en utilisant l'instrument de mesure de la vitesse du son monté sur le véhicule V. [0036] Ici, un procédé de traitement d'image sonar selon un exemple comparatif est expliqué en référence la figure 10. Ici, il est également expliqué un exemple de création d'une carte unifiée dans laquelle des cartes d'images d'inclinaison dans trois directions d'inclinaison (squint+a, squintO, squint-a) sont unifiées. A noter que, dans l'organigramme, en ce qui concerne le traitement réalisé sur les données d'inclinaison dans chacune des directions d'inclinaison (squint-Fa, squintO, squint-a) et les images d'inclinaison, des symboles de référence (+a), (0), et (-a) sont ajoutés à chaque étape. [0037] Comme cela est représenté sur la figure 10, dans le procédé de traitement d'image sonar selon l'exemple comparatif, tout d'abord, les données de sonar dans chacune des 7 trois directions d'inclinaison et la vitesse du son dans l'eau mesurée à la profondeur de véhicule à cette instance sont acquises (étape 5101). Ensuite, un traitement à ouverture synthétique (étape 5102) et un traitement de formation d'image (S103) sont effectués pour chacune des trois données de sonar de telle manière que l'image sonar (l'image d'inclinaison) dans chacune des trois directions d'inclinaison soit créée. [0038] Le traitement à ouverture synthétique est un traitement pour réaliser une synthé- tisation de phase et une intégration à l'intérieur d'une largeur de bande d'ouverture synthétique afin d'obtenir une haute résolution dans la direction de déplacement (la direction azimutale) dans la création de l'image sonar. Dans le traitement à ouverture synthétique, un instant (t) est entré et des coordonnées bidimensionnelles (R, X) dans la direction de distance et dans la direction azimutale sont créées. En tant que traitement à ouverture synthétique, par exemple, un traitement à ouverture synthétique selon l'algorithme de migration de distance type peut être employé. En outre, le traitement à ouverture synthétique peut comprendre un traitement à correction d'oscillation consistant à multiplier un signal d'axe temporel par une fonction de correction d'oscillation, etc. En réalisant un traitement d'unification d'inclinaison pour unifier les trois images d'inclinaison qui sont acquises comme cela a été décrit ci-dessus dans une carte topographique unique du fond marin (étape S104), une carte unifiée est obtenue. [0039] La figure 11 est un schéma représentant une relation entre un faisceau acoustique dans trois directions d'inclinaison et un objet cible T et un état unifié de trois images d'inclinaison. Comme cela est représenté sur la figure ii, dans une région dans laquelle les trois images d'inclinaison se chevauchent (région de chevauchement de 3 inclinaisons), idéalement, des images ponctuelles à la même position se chevauchent à la même position dans toutes les images d'inclinaison. [0040] Sur la figure 12, les coordonnées R+, Ro et R des directions d'inclinaison squint-Fa, squintO, et squint-a dans la direction de distance dans le cas de la vitesse du son dans l'eau réelle c sont représentées. Les coordonnées R. dans la direction de distance lorsque la direction d'inclinaison est squint-Fa sont exprimées par l'expression (1). [0041] [Expression 1] [0042] ) 100431 Les coordonnées Ro dans la direction de distance lorsque la direction d'inclinaison est squint0 sont exprimées par l'expression (2). 100441 'Expression 21 100451 Ro 2 [0046] Les coordonnées R dans la direction de distance lorsque la direction d'inclinaison est squint-a sont exprimées par l'expression (3). [0047] [Expression 3] [0048] 2 100491 Comme cela est représenté sur la figure 12, la vitesse réelle du son dans l'eau coïncide avec les coordonnées R_, Ro, et R_ dans les trois images d'inclinaison. 100501 Néanmoins, comme cela est représenté sur la figure 2, la vitesse du son dans Veau varie en fonction de la profondeur du véhicule V. et la vitesse du son dans l'eau à la profondeur autre que la profondeur effective à laquelle le véhicule V est exploité ne peut pas être mesurée directement par l'instrument de mesure de la vitesse du son monté sur le véhicule V. En outre, il existe un cas dans lequel la vitesse mesurée du son dans l'eau diffère de la vitesse réelle du son dans l'eau en raison de l'imprécision de la mesure de la vitesse du son dans l'eau ou du manque de fiabilité de la mesure par le sonar. 100511 Les coordonnées R',' Rira), et R', des directions d'inclinaison squint+a, squintO, et squint-a dans la direction de distance sont représentées dans chacune des figures 13 et 14. La figure 13 représente le cas dans lequel la vitesse mesurée du son dans l'eau c', est supérieure à la vitesse réelle du son dans l'eau c (c',>c). La figure 14 représente le cas dans lequel la vitesse mesurée du son dans l'eau cri, cst inférieure à la vitesse réelle du son dans l'eau c (c', REVENDICATIONSAppareil de traitement d'image sonar comprenant : un moyen d'acquisition de données pour acquérir une pluralité de données de sonar dans une pluralité de directions d'inclinaison et une vitesse mesurée du son dans l'eau ; un moyen de traitement d'image pour convertir la pluralité de données de sonar en images en utilisant la vitesse mesurée du son dans l'eau et créer de ce fait une pluralité d'images sonar ; un moyen de détection d'image ponctuelle pour détecter une image ponctuelle dans chacune de la pluralité d'images sonar ; un moyen d'extraction d'image ponctuelle pour extraire une paire d'images ponctuelles positionnées sensiblement à la même position à travers la pluralité d'images sonar parmi les images ponctuelles détectées ; et un moyen d'estimation de vitesse du son pour calculer une différence entre des coordonnées de distance-azimut de la paire d'images ponctuelles et estimer une vitesse colligée du son dans l'eau pour laquelle la différence est minimisée. Appareil de traitement d'image sonar selon la revendication 1, comprenant en outre un moyen de détermination de convergence pour déterminer si la vitesse corrigée du son dans l'eau a convergé ou non. Appareil de traitement d'image sonar selon la revendication 2, dans lequel, lorsque la vitesse corrigée du son dans l'eau n'a pas convergé, le moyen d'acquisition de données acquiert à nouveau la pluralité de données de sonar dans la pluralité de directions d'inclinaison et la vitesse corrigée du son dans l'eau utilisée pour la détermination de la convergence, et une nouvelle vitesse corrigée du son dans l'eau sur la base des données de sonar est estimée en utilisant la vitesse corrigée du son dans l'eau utilisée pour la détermination de la convergence. Appareil de traitement. d'image sonar selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en outre un moyen de traitement de reformation d'image pour reconvertir la pluralité de données de sonar en images en utilisant la vitesse corrigée du son dans l'eau et créer de ce fait une pluralité d'images sonar reformées. 5. Appareil de traitement d'image sonar selon la revendication 4, comprenant en outre un moyen de traitement d'unification pour unifier la pluralité d'images sonar reformées. 17 [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] Appareil de traitement d'image sonar selon la revendication 1, dans lequel le moyen d'acquisition de données acquiert une pluralité de données de sonar corrigées dans la pluralité de directions d'inclinaison et la vitesse corrigée du son dans l'eau, et le moyen de traitement d'image convertit la pluralité de données de sonar corrigées en images en utilisant la vitesse corrigée du son dans l'eau et crée de ce fait une pluralité d'images sonar corrigées. Appareil de traitement d'image sonar selon la revendication 6, comprenant en outre un moyen de traitement d'unification pour unifier la pluralité d'images sonar corrigées. Appareil de traitement d'image sonar selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le moyen de traitement d'image réalise un traitement à ouverture synthétique lors de la création de la pluralité d'images sonar. Procédé de traitement d'image sonar comprenant : l'acquisition d'une pluralité de données de sonar dans une pluralité de directions d'inclinaison et une vitesse mesurée du son dans l'eau; la conversion de la pluralité de données de sonar en images en utilisant la vitesse mesurée du son dans l'eau et la création dc ce fait d'une pluralité d'images sonar ; la détection d'une image ponctuelle dans chacune de la pluralité d'images sonar ; l'extraction d'une paire d'images ponctuelles positionnées sensiblement à la même position à travers la pluralité d'images sonar parmi les images ponctuelles détectées ; et le calcul d'une différence entre des coordonnées de distance-azimut de la paire d'images ponctuelles et l'estimation d'une vitesse corrigée du son dans l'eau pour laquelle la différence est minimisée Programme pour amener un ordinateur à réaliser un processus d'acquisition d'une pluralité de données de sonar dans une pluralité de directions d'inclinaison et d'une vitesse mesurée du son dans l'eau ; un processus de conversion de la pluralité de données de sonar en images en utilisant la vitesse mesurée du son dans l'eau et de création de ce fait d'une pluralité d'images sonar ; un processus de détection d'une image ponctuelle dans chacune de la pluralité d'images sonar ; 18 un processus d'extraction d'une paire d'images ponctuelles positionnées sensiblement à la même position à travers la pluralité d'images sonar parmi les images ponctuelles détectées ; et un processus de calcul d'une différence entre des coordonnées de distance-azimut de la paire d'images ponctuelles et d'estimation d'une vitesse corrigée du son dans l'eau pour laquelle la différence est minimisée.