成像声呐ARIS介绍及操作指南

ARIS高分辨率成像声呐介绍及采集软件操作指南

（第一次写博客…谨慎谨慎再谨慎…）
为什么想先写这款产品呢，首先因为它贵，东西虽小，但十几万美元呢，万恶的美国资本主义！其次，它的特点很明确，在能见度为零的水域也能看清水中的情况，用声学成像出光学的效果，类似B超。

Aris介绍

Aris是美国sounder metric公司生产的一款可以在浑水中获取高清影像的实时成像声呐。有Aris1200、Aris1800和Aris3000三个系列。
厂商链接：http://www.soundmetrics.com/

以下以Aris1800为例：

工作频率：双频，高频1.8MHz；低频1.1MHz
测量范围：浑浊水域中，高频15m；低频35米，可遥控调焦，通过软件调节焦距，范围从1米到测量范围可调
工作水深：300m
波束数量：96
波束宽度：0.3°
视场角：28° X 14°
距离分辨率：3mm
最大帧频：15帧/秒
功耗：20W（标准）
重量：空气中5.9kg，水中1.06kg
声呐尺寸：31cm x 17cm x 14cm
缆长：可达150m

可用于：

水下检测
水下操作与潜水员监视
结构检测
船体与泊位检测
目标识别与分类
环境监测
港口与码头安全
搜寻与救捞
渔业管理

ARIS1200、1800和3000的参数对比，如下图：
在这里插入图片描述为方便水下操作，Aris可搭载于ROV，可配备操控云台，可选择Aris3000系类中的一款手持式声呐，便于潜水员携带。
Aris搭载R2、R3云台时：
R2云台有tilt/roll和tilt/pan两种工作模式
tilt/roll：向上抬升最大45°，向下最大90°，左右滚动最大各为100°
tilt/pan：向上抬升最大36°，向下最大90°，左右平移最大各为180°
R3云台有pan/tilt/roll模式
pan/tilt/roll：向上抬升最大45°，向下最大90°，左右滚动最大各为100°，左右平移最大各为180°
在这里插入图片描述

成像原理

下图很好的解释了海底物体如何在Aris中成像，以及成像后肉眼所看到的透视图

在这里插入图片描述

补充：前面提到了Aris波束量为96，波束宽度为0.3°，视场角为28°X14°。下图较好的解释了三者之间的关系，即0.3° X 96=28.8° 约等于28°
（图来源于网络，仅作参考）

声透镜原理

下次来写

软件操作指南(可跳过)

Aris成像声呐数据采集使用的是Ariscope软件，同时在sounder metrics公司最新的软件包中还包含了一款arisfish软件，主要用于对鱼的运动轨迹进行绘图和对鱼的数量进行统计。
下面只简单介绍ariscope软件的主要操作功能。（个人对软件的理解，仅供参考）
- image control
Signal intensity histogram：显示Aris工作时数据的强度，从0dB到80dB，调到0dB时为Aris出水时的自噪声。
Rectangular：选择此模块，切换为波束宽度均匀的图像，不需要进行数据样本平均。当需要的时候该模块允许测量每个波束的单独数据。
Flip L/R：翻转左右图像。
Palette：调色板
Effects：无（默认），smooth，sharpen，这步仅用于对图像视觉上的改变，对图像的数据无影响。
在这里插入图片描述
- sonar control

Frequency：auto（默认），基于结束范围来自动设置频率的模式。Low低频。High高频，（工作频率决定了最大有效距离和分辨率）
Transmit：min，12V发射功率，sonar以最小功率发射，用于近距离太亮或被洗刷掉的图像成像。Max（默认），150V发射功率，sonar以最大的功率发射。off，sonar发射功能关闭，用于测试系统噪音，与最大功率（max）发射时的图像进行对比。
Pulse：narrow（默认），发射脉宽事采样周期的1.2倍。Medium，发射脉宽是采样周期的2.0倍。Wide，发射脉宽是采样周期的3.3倍。发射脉宽由用户设定。Custom，在advanced setting中设置脉宽。
发射脉宽决定了下行分辨率和图像的亮度。短脉冲有更好的分辨率但是发射的能量更低，降低了图像的亮度和最大有效距离。长脉冲降低了分辨率，但是增大了图像亮度和最大有效距离。因此选择哪种脉冲将用于权衡分辨率和有效距离。
Frame rate：帧率即是图像更新频率。当选择为max时，帧率即为ping率。
Gain：默认为最大增益值24dB，如果短距离内图像太亮或被冲刷掉，减小增益用于平均图像亮度。如果一组通道比其他通道亮，可以通过增大或减小1dB来平衡图像。
Detail：detail的另一种说法是下行分辨率，等同于采样周期。Detail实际上控制着数据的采样周期，再结合发射脉冲宽度控制着下行分辨率（downrange resolution）。Detail滑块右移，更多的细节，采样周期更短。更多细节的图像有更多的样本/波束，导致更大的帧尺寸（文件大小），因此文件越大，为了处理数据帧率将降低。默认情况下选择auto，将用于更好的平衡细节和文件大小/帧率。当auto被选择后，且文件正在被记录时，每个波束的采样数将被固定不变。
在这里插入图片描述

Rotator control
只有连接上云台后此处才可见。
Pan/tilt-AR2 above Aris：用杆架安装，Aris安装在云台下面。
Pan/tilt-AR2 below Aris：用三角架安装，Aris安装在云台上面。
Tilt-pan：通常用ROV搭载，选择此模块是因为ARIS倾斜翻转的功能都需要用到。
Speed：设置云台旋转的速度，degrees/seconds
Advanced sonar setting
(一般保持默认设置)
高级设置可以访问所有的sonar数据采集参数，手动细粒聚焦，和一些其它少用的功能。
Telephoto lens：长焦镜头。
Ping mode：可以设置每帧的波束数和ping率，sonar有16个通道，即接收数据时，每帧ping率=波束数/16。而更多的波束数能提高图像的横向分辨率。
Pulse：发射脉冲的单位为毫米级。调大脉冲值将增大图像的亮度值降低下行分辨率。
Start delay：图像启动范围=（2X开始延迟）/声速。通常通过主显示界面来调节开始范围。
Samples/beams：数据的波束数从128到4096，增大波束数将增大图像的结束范围。选上fixed将固定每个的采样数。当开始记录数据时允许改变图像的起始范围和结束范围。如果detail中的auto被选择，而此处的Fixed未被选择，则记录数据时每个波束的采样数被固定为当前数量。L
Sample period：采样周期。
Anti-aliasing：反-混淆现象。部分图像有16个通道的间隔黑暗条纹。移动滑块能消除图像的暗条纹，但也会减小图像帧率。
Range start/end：调节图像的开始和结束距离。
Focus-home：将镜头聚焦装置收缩到它的机械后档位置并重置位置计算器为零，如果图像对焦不好可以使用该命令。
Focus auto：自动聚焦到图像窗口中心。
Focus units：聚焦位置和聚焦距离的关系，一般只用于工厂测试。
Focus inr/dec：medium=10，coarse=100。
Focus range：手动输入期望的聚焦范围，如果聚焦范围改变值没有超过三倍的聚焦单元，则此值忽略。非常小的位置移动是不可能由聚焦装置移动来完成精确改变的。
Water：水体的不同对声速和能量吸收有明显的影响。