Automatic Underwater Multiple Objects Detection and Tracking Using Sonar Imaging ShiZhao Submitted in Fulfilmentof the requirements for the degree of Master ofEngineering Science School of MechanicalEngineering The University of Adelaide Adelaide, South Australia ! Srhyvvp 6"# $r hv rv r% p& h vr % qh hq&h i h r '$vphyy'p&h hpr vrqh&hvth&vt&qrt rr(pr hv')U&rr(hpvrh v p& h hy &hyy* *hr ry v rprvvt rp&r r(yrprq( h tr% h vr hvhyhq&r qr *hr iwrp)+ &r r%hivrvrphrqi'qr *hr hpvvvrvh hy*hr rv r%hq t rr ir hvh vvt( &ri ihpxphr vtphrqi' px%p hyhqqq' vr irq*vyyhyir rp qrqi'&r h &'q $&r)U&r$ rrpr(rp&r%hivrvrhq t rr ir hvyvv &r$r ( hpr ( h tr qrrpv vt hpvr h ) , &v p&h$r % h(--' ytvphy ihrqhyt v&rqv&rqrrpv(qr *hr ihpyrvh hy&hyy**hr rv r%vqrp virqvqrhvy) .u , &h$ %h / (vh $ v &v/ *h v ( h h v v v *& & *h v h v ' h h h+) & $ $ ( $h v % & &h *h $ v &h$ v h$$v h h h &h* *h v v &v v) * % v h $ v vh *v & * ( & v ) % * v v ( ! h !) , &v '% & * v ( h *$h h 0v v ' & & h h h & & ) v v h h ' h v * & * h (h *&v& ( h v hhv & v h h v ), h vvh % & ' v$ h'hvh $ *v & v(( h v- 1 +v 2.3)+ & 4$ 4 h5v % & v h (h vh v ' & $h h Q *R% *&v& v h v v ' & & (v & h v h v h & vh $ )& &v& & h % & v v & *v " ) v & 4 h 1 ' h hh/vv v h v ( *h $h h 3%&h $ h h hv 'h Q *Rh v h h$$ $ vh h h v & $ vh ) & h v v(v '&h $ h & & & h + ) v 2. v h h vvh h( h$$ 'v * v(( h (Q *R), & $ % v h h$ $ v h h & h v h ' *) & v h v ' h &h & $ % h && & v v '( & & v h v ' *1 & h v$ h' v $ $ 3) & ( % hv h h v v h vv h ( & h v vh v h$ $ v v ' & & %*&v&v ( h & h (Q *R) +v) 2.04 h vh & & ' * v(( v v 'h )h3 *89 :;3 *8 < :) &v& & & h (v h h hv & & v & vh ) * % v ( h v h & v vv h( & & v ) = & $h h %Q h v- R%h hh h h & & &h vh h hhv hv v ( & $& vh ) & v % h ( (v&%h h & h/h v h % v$ h'&v& v v ' & v v- h h v & h vvh ), +v 2.% h $ *&v&h & h h h( & v v ' & & vh$$ v ) vv h & v %h h h & & *&v& v & $h h Q h v- R*hh$$ v ) :h & h v$ v h h v &$ v !&h$ % & h v hv & ( *v $) " & & v &v $v ' & $ v $ Q *R ( & $ $ v ) ( v & ( v (v v $$ v (v 1 v )9) )9)93) > 4 &v & * *v &<'< v& & v (v ) $$v & * v v $ ) & & v & ' v v v 'v > ( v $& v $ v & v v & v- ( & v $ ) v & v- ( & v $ *v & & Q v- R) , $ *& v- & & & & *v v v & v ) ? +v 2&* & v ( vv ( ) +v) 20 v & ( &v v&* v +v 2 ) ! " # $%&' ( ) * + '& ( ), & (), - ( '. )&/, 0 '&( '), #+$ & ( '), -&1 ( ), 2 23 4 24 5 & (), &678(9 ), 678 1 &( ),' 1 &:(1 ), 7 , 1 2 ;. 5 1 2 -&/ ; - - & (1 ), &:( ), 2& , & ( ) ! - & -( ), +v) 2 0 ( v v & v v vv $ v ) @ ! !" " "v * % & ( v ( ' A & ( & v v ) #* % & ' ( & v $ v *v & & v * ) %v vv ((vv $ & * v v & ) & v/ & /v $ v(v * v '& /v *& v *v & & $ v v ( & "#) & & & % & v ( * vv A v $ v v % *&v& $ ( $ v $ ( ( "#)v$ ' ((vv '%v v ' (v v ( & v v ( v '( & * ), &v v % & ( & v ((--' vvv ) ' v '( & $v ( * &v& $ & $ (--' v ( ' ) +v '% & $ (--' v v ) !!.!% , &$ 9% & $$ &( & v $ v * * v * ) #* % & ' & vv v ) + v % & +v ' & v$ *' % v & v((v ' $v *v & v B9C)& & & v $ v & & v & v/ ' (v & & ( & $ ( v B9@C) %$ v +v %*&v&v $$ & % /v v ( v v & &v& v& v & &* v v v 14443 v B?C) " ( '% v & $ '% & &* v * *' ' v *& & v ' v 14,43* v & ** )& * v ( & 4,4 v & ( ( $ 'vB@C%$ v $v $ v BC &'$ & vB&DC & v/ v(' v & v A )+ & % & ( & & & $ & v ' v v $ v$ v('v & v $ v B&'C) 4 v v v *v & 4,4 v & * * v& v ' ' & $ ( v )& A( v v v 4,4 v & * * v v v('v v ( ( & )#* %v &v '% v v$ A& ( & ( *v 0 & v '( & * v ; & *&v&* ' * $ v ; v ((vv $ ( & v ( $ v ' v ) 4v & v & & $ $ $ ' ((vv '% v v v &*&v& & $ v v v /v & v( &v ')& $$ v(vv & v/ $&'v v $& * (--' v) ( * * ( & v v v ' v ( A$ *& & v v' v $ B&9C) , /v & * ( v v & * v v v v & & & *& * )& & * $ v v ' v & $ v ' * )( * $ ( v $ ' % v ' v ' B&9C)#* % & ( ($ ( & v v $ v v ( &v ') + & % & $ v ( & v v * v * v v((v v $ ' v ' $ ) +--' v*(v $ $ v '=&*& E (vF &$ v& $$ v +Q --' 4 R v & ) B <C) , v v & v ( v *v & v$ vv v ( v B v ' C) & (--' v& * v(( ) , * % (--' v v v ' M A v ( v v & vv v( $$ Av v ), *v %(--' vv ' ' *v &(--' & '; & v% & & '( *v & & $ vB C)E (v F& 0 O, '' v &$ *v & (--' DD v% (--' v( &$ B C)P & ( (--' v&( *v ) +--' v v ( & v v ) & & v $ &v (--' v 'v$ ) &v v$ v) +--' $ $v v v ( *&v& v vv &$ & & vv &) +--' v v & v v **&v& v & v R A$ vv $ v( &' ) (--'' vv &v( v$ $ ) & ( %(--'vv v & * ( &v ') % * v v( A$ vv &* v*&v& * v) $ $ v &* A '*& &'v( v) v$ v( &$ $ v $ ' v$ *&v& && $'(v v) , v !)"% v$ v &v/* &* (' *v & & v ( *) ,( % &v ** * ' & & ) & $ ' v v('v v v vv&( v &vJ& *A$ v% &(--'v) + v % & * $ v v v*&v& &&v& v v ')& K KK&v&K v$ vA$ vv& v") v &v& v v v% (--' ' v ( &$ $ ( v)* % &v v(( v$ vv & ( &$v), $ v v('v v v( ( R&( &(--' ) "D" $ $v v & v v( v1 ( v&v ' ( *3 &$ $ v$ &( &v ( & ), v /v ' $v & v / ( v :v1 v v$ v(v v<)<)93)& ( %v$vv v v* v #/ v .) Q t7 M B CN ph hr . #/ v . & tphir r$ rrrqhhqvp rrr(7 BC%v *&vp&&ruir v&rr/rprvqrrq7 BC) 4vvyh y'% &r h$yvqr ( &r 7 &r py vrv' ( rhp& 7 ph ir qr(vrqh&rhvphyy'hh(pv&hh$hv$r/rpr7 BCvh$ r/rpr*v&hyr BC%h' ! BC s7 M BCN ! 6pp qv&rq$ $hhvhq r(yrpvir&hv qr *hr %v(&r BC8D%vvqvphr&h&r rvrp& &r rviwrp r(yrpvq*hr),( &r BC+D%vrh&r rvhiwrp1 iwrp3 r(yrpv&rq*hrhq&r rp&rh r rp qrqi'&r&'q $&r1rr+v r 2#3) +v) 2#06vyr$v rprvrqv&rh hyrv r) ,8&h$r %hvyr$v*h$h vvrqvrr hyi r hpp qv &r$yryr&1 &rqvhpr3)@hp&i r r$ rrh$rpv(vpq r(yrpv (hpr)+ vhpr%hi r phirir rq( 7 B 9$C 7 B9C*&vp& D9 rh r(yrpvpp rq( 7 B 9$C7 B9C)6&rr%&r&v&rpy vrv'vhp/v rqh7 B99@C1 B99@C8 DD3)4vpr&rpy vrv'v ryhvry' &v&r &h &r :v% v ph ir qrqprq i' h &h $r h &h &r r h r iwrp rp&rvvqr&ri r )U&r rh r*v$ h$h hrr ( hi r %*&vp& h r&r$yryr&hq&r&v&rpy vrv'% r$rpvry')U&r r( r%&rr* $h hrr phirrq( (--' yrrA hph riwrphhv&rihpx q) !"A 6 '$vphy qrv( h(--' v(r rpr 'r 1+,43 hyy' pv ( (vr (pvhy iypx h &* v+v r 2 ) C*rr % h p$yrr$v v(v y' $ r $ prrq i' h vrv' & r&yq (vyr y* yrry vr) U&r &r$v v $h vvrqvrr hyi r hpp qv&r$yryr&)@hp&i r v&r v$ ( &r(--' v(r rpr 'r hq &r $ v h p v$ 1(--'3 ir v $r prhr*&vp& r$ rr&r r$ ihivyv'(ihvvhiwrprp&),&vq'% v(&r$vr O%&rp r$qvi r v pvqr rqiriwrprp&r) NOTE: This figure is included on page 102 of the print copy of the thesis held in the University of Adelaide Library. +v) 2 0+--'yvphyqrrp )1U&rvhr(&r+,4 r(r B$=C3 D< !".2!! 6&*v+v r 2#%h rRrp&rh rhy*h' qrqi' rr ir hv v &hyy*r *hr )C*rr % vpr &rhv( $ r$ prvv(vyr y* yrry vr*&vp& v hv(vrq*v& &r hqh q hy qv viv% h r yrry vrv' & r&yq v h $$yvrq rhp& p$yrrq$v) Hrh*&vyr% $ r$ prv ph $rrq $ $ prv( &r*&yr'rirphr&r rqqhqhhh rryvvhrq) Pvrhp$yrrq$v%&rrh1qrrqh3hq&rhqh qqrvhv( &rvrv'hyr1qrrqh3phirrhvy'phypyhrq)6pp qv&rr$v vphy yr vhvvp%hi=@O(&rhyryvr*v&v hqh qqrvhv1/3(&rrh) Crpr%&rhyr(&r& r&yq13vhvrq&r (hq 2S!6yy&r $vAry*&rpy vrv'hyrh ry*r &h&r*vyyir(vyr rq)H rr % &rry(vrh q&rh r *vyyirryvvhrqv&r$ r$ prvhr1rr rpv)9) 3)6p$yrr$vh(r $ r$ prvv&*v+v r 2%) +v) 2%06vyr$vh(r &r$ r$ prv$&hr) !"!A!! !%! Ch&vxvhq rhv( r/ry'vyr(--'v( hv*&vp&phir phyyrq(--' ppr$) +--' r qrhy*v& p& (--' ppr$ hq rA$ rv( p$r )T&r rhpyhvphy1 p v$3rphirqr(vrqi'p&h hpr vvp(pv%h (--'rIphirp&h hpr v-rqi'rir &v$(pvi'@/hv "B$?C) D " +M1 % 1 33V N " " *&r rVv h pyyrpv ( iwrp qrrq i' % hq 13 v phyyrq &r " rir &v$ (pv ( I 1rr+v r 2&$) U&r qhhihr v+v r 2 qr(vr &r rir &v$ (pv ( &r(--' r) , &v q'% &r vhyh rir &v$ (pvh rrqirphr(&rv vxvv$yvpv')C*rr %rrqr r*rhx h$v% &rr $rpv(vp vhyh rir &v$ (pv vrqvhry' p$y' *v& &r ryrh$vv-hvp vr vhB$@C) +v) 2&06 vhyh rir &v$(pv((--'rI! :hvp r&r rvp $r hv( (--' r $r hv vpyqr &r v% vr rpv%hqp$yrr)U&r'h rqr(vrqqv((r ry'h(yy*0 V 0@/hv # " 7 hAM 1 3% 1 3N +V "7 # D 0@/hv.