Page 179 - 公路工程检测技术及施工管理

第五章 桥梁水下结构检测

测，医学中脑部图像的检测和工业生产中纹理图像的缺陷检测等。虽然说图像检
测技术已经深入人们的生活，被人们广泛使用，但是对于水下声呐图像检测的研
究还是比较稀少，原因就是在水下的环境中水声传播的路径在不断改变，水中传

播的信息也被不断地干扰。为了得到足够的分辨率，声呐的频率一般都较高，但
频率越高能量被水吸收得越多，加之声波在传播中的扩散，高频率的声波能量损
失相当严重。对于水下声呐图像处理问题，至今也没有一个统一的被大家公认的
声呐图像检测算法。这一类检测方法现在还处于研究阶段，而且国内的研究进展

与发达国家仍有较大的距离。
（一）声呐成像原理
声呐设备发出信号后，会接受从各个方位传回的扫描回波信号。如果在声呐
的某个方向存在目标，在这个方向上传回的声波就会有很强的波动，而如果一个

方向上没有目标或者被另一个目标遮挡，接收到的声波波动就会很小，甚至可能
检测不到回波。由于水下环境也存在各类噪声，有时候也会收到一些干扰信号。
应用这些原理，就可以根据探测到的回波方向、距离和强度等参数生成原始的声
呐图像。

声呐的载体是在不断移动的，多次扫描获取数据之后，通过一定的几何计算
就能得到目标和阴影的尺寸以及形状特征。目标和阴影的这些特征可以应用在以
后的目标分类识别中，以上就是声呐图像的成像特征。通过声呐图像进行水下目
标识别时，可以针对目标高亮区和阴影区进行分析。但若目标被掩埋，就不会有

阴影区，目标的高亮区就是唯一可以使用的信息。
（二）侧扫声呐
侧扫声呐又叫做旁视声呐，在海洋测绘、海洋资源开发、地质与矿产勘测、
水下目标探测和工程实施等多方面有着广泛的应用。侧扫声呐是在载体的两边分

别布置一条换能器阵列，两条换能器阵列的工作频率一样，分别对左右两边的环
境进行扫描。换能器收发功能集于一体，沿着航行方向上波束扫描的范围很小
（1°或小于1°），可以确保拥有足够高的分辨能力；另外在垂直于与航行方向
上的波束很宽（一般大于30°），可以保证扫描到更大的区域。

侧扫声呐的换能器一般安装在水下拖鱼的两边。当侧扫声呐工作时，换能器
向两边水底发射脉冲，每次发射后就转为接收状态，接受从各个方向传回的扫描
回波信号，连续记录海底或目标返回脉冲的传播时间和脉冲幅度，在显示器上形

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