·780· 北京科技大学学报 第33卷 表1海底各种地形对反射光的亮度变化特征及处理方法 Table 1 Seabed topography on a variety of changes in reflected light intensity characteristics and treatment 地形型式 亮度变化特征 处理方法 纵向（集矿机前进方向）亮度一般为线性减弱，横向（与纵向垂直且水平）亮度减弱速率一般取先验值或实 海底底质 亮度大体一致. 验值. 图像亮度在障碍物附近出现阶跃跳变，其中纵向跳变决定障碍物的横向 结合跳变处周围的环境来判断是 凸起型障碍物 边界，横向跳变决定障碍物的纵向边界。障碍物内部，亮度一般基本一 否为边界. 致，但也有可能出现阶跃跳变，被误判为边界. 横向亮度基本一致，纵向线性减弱，但减弱速率与地面明显不同.上升坡 亮度衰弱率与坡度的关系应采取 坡型地形 亮度减弱比地面慢，坡度较大时亮度增加：下降坡亮度减弱比地面，当坡 先验值或实验值 度较大，或出现断层时，无法被光源照射到，亮度将大幅度阶跃降低 一般有上下两个边界.上边界以上为地面，亮度变化为地面特性：上边界 横向海沟 以下为海沟上壁，其亮度比地面低，沿纵向增加：下边界以下为地面，亮度分情况判断.每种情况分别为上 (或裂缝) 变化为地面特性.当海沟较窄时，下边界以上为海沟上壁，海沟范围内没述三种基本地形的组合 海沟型地形 有黑色区域：当海沟较宽时，下边界以上会出现黑色区域 当海沟较窄、且较深时表现为黑色区域.当海沟较宽、或较浅时，海沟左 纵向海沟 边界右侧会出现左壁，其亮度较左边界低，但沿左方向增加；海沟右边界 分情况判断.每种情况分别为上 左侧会出现右壁，其亮度较右边界低，但沿右方向增加.左右壁中间为黑 (或裂缝) 述三种基本地形的组合 色区域：若海沟非常宽，摄像机无法同时探测到双壁，则被判断为断壁，在 图像中表现为黑色区域 (a） 200 X:57 原始亮度值 100 :168 拟合直线 50 (b) % 50 100 150 200 250 300 350 纵坐标 300 (e) 原始亮度值 X340 拟合直线 Y:168 100 200 300 400 500 600 横坐标 图5深海底地形表面亮度变化趋势计算.()示例位置：(b)纵向拟合：(c)横向拟合 Fig.5 Surface brightness trend calculations of the deep-seabed:(a)sample position:(b)vertical fitting:(c)horizontal fitting A⑧B=A-(A*B)=A∩(A*B)C (4) X4=X1-X3 (8) 式中，A*B为击中击不中变换.边缘细化过程由多 (3)自适应膨胀.自适应膨胀由下式定义： 次细化运算完成 A©B={clc=a+b, (2)修剪.其目的在于去除毛刺干扰，由以下 其中a∈A且b∈B×S(t)×Φ(t)]} (9) 四步完成： 式中，S(t)为比例放缩因子，Φ(t)为旋转因子.通 X1=A☒{B}=(((A☒B)⑧B2)…)⑧B) 过自适应膨胀运算使边界向前延伸一段距离，将不 (5) 连续点连续化 (4)重复(1)、(2)和(3)步，直至不再存在端点 X2=U(X,*B) (6) k=1 或达到迭代次数为止. X3=8(X2,H0)∩A (7) 以障碍物边界为例，边缘连续化结果如图7所北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 表 1 海底各种地形对反射光的亮度变化特征及处理方法 Table 1 Seabed topography on a variety of changes in reflected light intensity characteristics and treatment 地形型式 亮度变化特征 处理方法 海底底质 纵向( 集矿机前进方向) 亮度一般为线性减弱，横向( 与纵向垂直且水平) 亮度大体一致． 亮度减弱速率一般取先验值或实 验值． 凸起型障碍物 图像亮度在障碍物附近出现阶跃跳变，其中纵向跳变决定障碍物的横向 边界，横向跳变决定障碍物的纵向边界． 障碍物内部，亮度一般基本一 致，但也有可能出现阶跃跳变，被误判为边界． 结合跳变处周围的环境来判断是 否为边界． 坡型地形 横向亮度基本一致，纵向线性减弱，但减弱速率与地面明显不同． 上升坡 亮度减弱比地面慢，坡度较大时亮度增加; 下降坡亮度减弱比地面，当坡 度较大，或出现断层时，无法被光源照射到，亮度将大幅度阶跃降低． 亮度衰弱率与坡度的关系应采取 先验值或实验值． 海沟型地形 横向海沟 ( 或裂缝) 一般有上下两个边界． 上边界以上为地面，亮度变化为地面特性; 上边界 以下为海沟上壁，其亮度比地面低，沿纵向增加; 下边界以下为地面，亮度 变化为地面特性． 当海沟较窄时，下边界以上为海沟上壁，海沟范围内没 有黑色区域; 当海沟较宽时，下边界以上会出现黑色区域． 分情况判断． 每种情况分别为上 述三种基本地形的组合． 纵向海沟 ( 或裂缝) 当海沟较窄、且较深时表现为黑色区域． 当海沟较宽、或较浅时，海沟左 边界右侧会出现左壁，其亮度较左边界低，但沿左方向增加; 海沟右边界 左侧会出现右壁，其亮度较右边界低，但沿右方向增加． 左右壁中间为黑 色区域; 若海沟非常宽，摄像机无法同时探测到双壁，则被判断为断壁，在 图像中表现为黑色区域 分情况判断． 每种情况分别为上 述三种基本地形的组合． 图 5 深海底地形表面亮度变化趋势计算． ( a) 示例位置; ( b) 纵向拟合; ( c) 横向拟合 Fig． 5 Surface brightness trend calculations of the deep-seabed: ( a) sample position; ( b) vertical fitting; ( c) horizontal fitting AB = A － ( A* B) = A∩( A* B) C ( 4) 式中，A* B 为击中击不中变换． 边缘细化过程由多 次细化运算完成． ( 2) 修剪． 其目的在于去除毛刺干扰，由以下 四步完成［16］: X1 = A{ B} = ( ( ( ( AB1 ) B2 ) …) BK ) ( 5) X2 = ∪ K k = 1 ( X1 * Bk ) ( 6) X3 = δ( X2，H) ∩A ( 7) X4 = X1 － X3 ( 8) ( 3) 自适应膨胀． 自适应膨胀由下式定义: A^ B = { c|c = a + b， 其中 a∈A 且 b∈［B × S( t) × Φ( t) ］} ( 9) 式中，S( t) 为比例放缩因子，Φ( t) 为旋转因子． 通 过自适应膨胀运算使边界向前延伸一段距离，将不 连续点连续化． ( 4) 重复( 1) 、( 2) 和( 3) 步，直至不再存在端点 或达到迭代次数为止． 以障碍物边界为例，边缘连续化结果如图 7 所 ·780·