Identification d’une cible sonar par utilisation conjointe de moyens acoustiques et optiques

= Sonar target identification using combined acoustical and optical measurements

• Auteur / Autrice : Alexis Bacelar
• Direction : Gérard Gimenez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Acoustique
• Date : Soutenance en 1996
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CREATIS - Centre de Recherche et d'Application en Traitement de l'Image et du Son, UMR5515 (Lyon, Rhône1995-2006)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Poissons

Sonar

Traitement du signal

Acoustique sous-marine

Résumé

En reconnaissance d'espèces de poissons par écho ultrasonore, on étudie la corrélation de la position et de l'orientation d'un poisson dans le faisceau sonar avec l'écho renvoyé par le poisson. Dans ce travail, nous avons commencé par élaborer et tester un algorithme de reconstruction 3D du volume englobant et d'extraction de paramètres géométriques à partir de trois vues orthogonales. La suite du travail concerne la corrélation entre les paramètres géométriques, obtenus par traitement d'images, d'un poisson nageant librement en cuve avec l'écho sonar large-bande 20-140 kHz acquis simultanément. Les variations de l'index de réflexion ou ''Target Strength'' et du spectre normalisé en énergie ont été étudiées en fonction de différents paramètres géométriques : angle de site, angle d'azimut et position du centre de gravité pour trois espèces de poissons (perche, omble, gardon). Une première étude sur un poisson unique, placé dans une même position, a déjà montré une grande variabilité de l'écho due à son agitation. Cela a pu être confirmé par les images acquises pendant le tir ultrasonore. Une seconde étude sur des poissons peu agités a révélé que la variabilité dans l'écho dépend plus du stress du poisson que de sa position dans le faisceau sonar. L'étude de trois espèces différentes placées dans une même position fait apparaître des différences entre leurs signatures ultrasonores mais avec une variabilité intra-espèce qui reste importante. On peut conclure que la variabilité de l'écho intra-espèce due à l'agitation du poisson est trop forte par rapport à la variabilité inter-espèces pour espérer réaliser une classification robuste des espèces. Des méthodes de classification mises en œuvre - analyse discriminante, histogrammes, réseau de neurones - confirment ces résultats.

In fish species recognition, by ultrasonic echo, correlation of the position and orientation of a fish in the sonar beam with the scattered echo of the fish is studied. From our preliminary investigations we have developed and tested a 3D reconstruction algorithm of the bounding volume. This was extracted from three orthogonal views to obtain geometric parameters. The next part of this work deals with the correlation between geometric parameters of a free-swimming fish in a tank, obtained by image processing with the associated 20-140 kHz wideband sonar echo acquired simultaneously. Variations in terms of Target Strength and normalized spectral energy were studied for three species of fish, perch, roach and char, according to three different geometric parameters, tilt angle, yaw angle and centroïd position. An initial study on an unique fish and in a constant position has shown a large echo variability due to its nervousness. This was evident from the images obtained during the ultrasonic shot. A second study on steady fishes proved that the echo variability is influenced more by fish nervousness than its position in the sonar beam. A study of three different species, with a constant geometrical position. Showed differences between their ultrasonic signatures. It can be concluded that intra-species echo variability, due to fish nervousness, is too important compared to the inter-species variability, to classify species with a high degree of accuracy. Statistical analysis methods, discriminant analysis, histograms and neural networks, provide confirmation of these results.