Evaluación experimental de métodos de mejoramiento de imágenes y detección de objetos aplicados a sistemas sonar de barrido mecánico

Abstract

En esta tesis han sido desarrollados algunos métodos eficientes para el mejoramiento de imágenes acústicas y la detección automática de objetos en dichas imágenes. Estos métodos han sido evaluados en una clase específica de datos reales. El objetivo es el de incrementar la potencialidad de los sistemas sonar de barrido mecánico (fan-shaped beam y pencil-beam) empleados durante operaciones submarinas. En cuanto respecta a los sistemas sonar fan-shaped, fueron desarrollados y probados un conjunto de métodos orientados al incremento de la calidad visual de las imágenes generadas. El primer paso es un procedimiento de scan conversion, para cambiar de un sistema de coordenadas polares como el del sonar, a una matriz de píxeles densa y regular. Un paso de interpolación eficiente, trabajando en las mismas coordenadas polares del sistema sonar, fue desarrollado para establecer el cálculo del valor que hay que asignar a cada píxel en base a la media pesada de las muestras acústicas vecinas. Luego ha sido llevada a cabo una ley de asignación dinámica del brillo del píxel, evaluada imagen por imagen, para explotar óptimamente el rango de brillo disponible. La aplicación conjunta del método de interpolación y la asignación optimizada de brillo nos permite mejorar la calidad de la imagen y nos provee de una herramienta simple y efectiva para generar imágenes acústicas particularmente refinadas. Finalmente, procesos ulteriores permiten reducir problemas típicos que afectan esta clase de sistemas de imagen, como el ruido speckle, los ecos múltiples y el bajo contraste. Con respecto al sistema sonar pencil-beam, fueron propuestos y evaluados dos métodos que permiten la detección de un objeto simple contenido en la región que representa la imagen. En particular, uno de estos métodos es novedoso y ha sido desarrollado ad-hoc para explotar ventajosamente la organización de los datos que caracteriza el sistema sonar pencil-beam. Se han obtenido resultados satisfactorios en términos de precisión en la localización del objeto y en términos de carga computacional. Los requerimientos de tiempo real pueden ser fácilmente satisfechos usando un computador personal común. La investigación ha sido desarrollada usando datos reales recolectados por los sistemas sonar ya mencionados, durante pruebas en el mar.