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基于体绘制的水声数据可视化方法与研究
| 论文题名： | 基于体绘制的水声数据可视化方法与研究 |
| 关键词： | 水声数据;被动声呐信号;水声场可视化;光线投射算法;小波阈值降噪 |
| 摘要： | 水声数据种类繁多，其中包含大量信息。研究人员需要对接收到的声呐信号通过一系列的手段进行处理，才能提炼出有用信息。水下环境复杂，并且海面与海底会对声波进行反射，使得接收到的声呐信号存在噪声，因此需要对信号进行降噪处理。另外，水下声源将向水平360度方向发射声波，如果从垂直剖面观察的话，声波通过类简谐波的方式传播，了解水声场中声波的传播方式将有助于多种水下探测活动，因此水声场的可视化呈现具有重大意义。本文主要对这两方面问题进行研究，主要研究内容和成果如下： 首先，针对被动声呐接收到的信号中包含环境噪声的现象，本文改进了传统的小波阈值降噪算法，并将其应用于被动声呐信号的降噪预处理当中。该算法将双曲线函数与指数函数应用到小波阈值函数中，对正负阈值以内的小波系数使用指数函数进行处理，对正负阈值以外的小波系数使用双曲线函数进行处理。该阈值函数是连续的，因此能够克服硬阈值函数由于直接截断而引起的伪吉布斯现象，并且该阈值函数使用的双曲线函数的渐近线斜率为1，因此能够克服软阈值函数存在处理后的小波系数与原始小波系数存在恒定偏差，从而使降噪效果不理想的问题。通过实验证明，改进小波阈值降噪函数应用于被动声呐信号的降噪处理取得了较好的效果。 其次，本文设计了一种基于光线投射算法的水声场可视化方法，并且为了使水声场具有更好的可视化效果，在对水声场三维数据进行分析后，设计了相应的颜色值传递函数和不透明度传递函数。首先将水声场中的标量值即传输损失值使用斜坡型传递函数映射为MATLAB中反向jet颜色模式中的64种颜色。再计算水声场数据的梯度幅值，设置一个适当的阈值，梯度幅值大于阈值的数据点被认为是边界，将这一部分通过对数型传递函数将梯度幅值映射为不透明度，剩下的数据点被认为是内部点，通过斜坡型传递函数将传递损失值映射为不透明度，最后将两者结合得到最后的绘制效果。将以上传递函数应用到水声场可视化呈现中，取得了较好的绘制效果。 实验结果表明，本文的研究工作能一定程度上去除环境噪声，并使水声场可视化的边界分明，图像清晰，便于观察。 |
| 作者： | 张泽浩 |
| 专业： | 计算机技术 |
| 导师： | 曾艳阳;龚子敏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 河南理工大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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