近日，《International Journal of Digital Earth》相关研究，构建了一种结合形态学和强度特征的多波束水柱图像超分辨率方法，就像为多波束水体影像配上了一副“超分眼镜”，极大地提升了水下目标的检测与识别能力，对于水下勘探和环境监测等领域有着重要的意义和应用潜力。 |
1. 研究背景
图源：International Journal of Digital Earth
2. 研究方法
在训练开始前，提出了一种生成四通道特征图的方法，结果作为网络的输入，从而将不均匀的空间邻域信息转换至通道方向。 在训练过程中，采用迁移学习策略。首先，使用光学图像模拟WCI数据并获得HR/LR图像对进行预训练，解决高分辨率WCI缺失的问题。然后，构建自监督训练损失函数，并在实际测量WCI上进行参数微调，以校正WCI的信号强度特征。最后，通过网络交叉融合，平衡预训练和自监督训练生成的结果，实现WCI形态和强度特征的折中。
图源：International Journal of Digital Earth
3. 研究贡献
首次尝试利用超分辨率技术填补多波束系统水柱图像(WCI)中的波束间隙，提高图像的清晰度和精确性，对于水下目标的识别和分析具有重要意义。
提出的方法通过视觉分析和使用模拟及现实世界数据集的定量比较进行评估，实验结果表明该方法具有更强的细节恢复能力和更清晰的图像形态。
在测试集上，平均峰值信噪比(PSNR)从23.75提高到26.14，表明在WCI的成像质量上有显著的提升。
图源：International Journal of Digital Earth
4. 展望与思考
本研究利用超分辨率技术填补多波束声纳系统中波束间的空隙，以实现更清晰、更精确的水柱成像（WCI），这无疑将有助于水下目标的识别和分析。超分辨率后的WCI在质量上有显著提升，这一进步为以下几个领域的潜在应用提供了可能：
水下考古目标的检测能力提升：结合本文提出的WCI超分辨率方法，有望进一步增强检测水下考古目标的能力。 海底底质分类：超分辨率方法为海底底质分类研究提供了更为精细的数据。 海床反向散射处理：未来的研究中，可以将海床反向散射强度图作为研究对象实施超分辨率，预期能够进一步增强海床反向散射强度图表达海床微地貌的能力。
引文格式：
Chen J, Wu Z, Wang R, et al. Multibeam water column image super-resolution by combining morphological and intensity features[J]. International Journal of Digital Earth, 2024, 17(1): 2398760.
https://doi.org/10.1080/17538947.2024.2398760
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