CN110319797B - 一种基于双通道信息的图像域富钴结壳厚度提取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于双通道信息的图像域富钴结壳厚度提取方法，包括以下步骤：S1：通过第一通道获取原频信号，对所述原频信号进行信号时域处理获取所述原频信号到达富钴结壳顶部的时间向量；S2：通过第二通道获取差频信号，对所述差频信号在富钴结壳介质中的传播进行图像域处理，获取所述差频信号到达富钴结壳底部的时间向量；S3：结合所述原频信号到达富钴结壳顶部的时间向量、所述差频信号到达富钴结壳底部的时间向量以及所述差频信号在富钴结壳介质内的声速获取富钴结壳的厚度。本发明有效解决对富钴结壳在内的海底矿产资源勘探上进行有效厚度估计的问题。
Description
技术领域
本发明涉及海底底质精细结构的原位勘探的厚度估计技术，尤其涉及一种基于双通道信息的图像域富钴结壳厚度提取方法。
背景技术
富钴结壳是一种生长在水深400～4000m的海山、海脊和海台的斜坡和顶部的壳状物，它富含锰、钴、镍、铂、稀土等金属元素的壳状矿床，是一种重要的金属战略矿产资源，是继可燃冰之后的另一个“可采千年的宝库”。对富钴结壳进行测绘及量化估计对于海洋学、地理学以及工业开发都有着重要的价值。估计的手段是多元的，例如可以采用多波束方法、侧扫声纳方法、浅剖方法等进行。但是，这些手段效果受限于富钴结壳矿物的不均匀分布、较薄的几何尺寸、被沉积物覆盖等因素。在利用声学原位测量装置进行测量的基础上，通过获取的回波信号进行高效地算法处理进而得到区域内富钴结壳地厚度，具有完全地可行性。
发明内容
本申请提供一种基于双通道信息的图像域富钴结壳厚度提取方法，有效解决富钴结壳厚度估计的准确性及稳定性的问题。
具体技术方案如下：
包括如下步骤：
S1：通过第一通道获取原频信号，对所述原频信号进行信号时域处理获取所述原频信号到达富钴结壳顶部的时间向量；
S2：通过第二通道获取差频信号，对所述差频信号在富钴结壳介质中的传播进行图像处理，获取所述差频信号到达富钴结壳底部的时间向量；
S3：结合所述原频信号到达富钴结壳顶部的时间向量、所述差频信号到达富钴结壳底部的时间向量以及所述差频信号在富钴结壳介质内的声速获取富钴结壳的厚度。
进一步地，S1中对所述原频信号进行信号时域处理获取所述原频信号到达富钴结壳顶部的时间向量，具体包括步骤：
S11：提取所述原频信号的包络信号；
S12：提取所述包络信号的峰值；
S13：根据原频信号的工作频率对所述峰值进行滑动平均处理，将平均处理后的峰值作为所述原频信号到达富钴结壳顶部的时间向量。
进一步地，S2中形成所述图像域的具体步骤为：
S21：对在富钴结壳介质传播的所述差频信号根据衰减规律进行能量补偿；
S22：根据信噪比计算结果，在满足要求的前提下，对补偿后的所述差频信号进行包络提取，获取包络信号；
S23：将多个包络信号按照时间顺序进行拼接，形成所述图像域。
进一步地，对所述差频信号在富钴结壳介质中的传播进行图像域处理，获取所述差频信号到达富钴结壳底部的时间向量，具体包括步骤：
S24：对所述图像域进行非局部滤波处理；
S25：利用Sobel或Canny算子对所述图像域边沿进行检测处理；
S26：对所述图像域进行断线连接处理；
S27：利用概率累计Hough变换检测所述图像域中的最优直线，所述最优直线作为所述差频信号到达富钴结壳底部的时间向量。
进一步地，通过所述第一通道获取所述原频信号之前以及通过所述第二通道获取差频信号之前均包括带通滤波处理的步骤，通过所述带通滤波处理进行噪声抑制。
进一步地，获取所述差频信号在富钴结壳介质内的声速的具体步骤为：
S31：在测试水槽中，测量发射换能器和接收换能器之间未插入被测富钴结壳样品时的由发射换能器发出的信号到达接收换能器的时间；
S32：将被测富钴结壳样品插入发射换能器与接收换能器之间的平面波传播路径上，测量由发射换能器发出的信号经被测富钴结壳样品到达接收换能器的时间；
S33：根据声信号到达时间的变化，对被测富钴结壳样品的声速进行测量，声速计算公式如下所示：
其中，c0是水中声速，c是被测富钴结壳样品中声速，L是被测富钴结壳样品厚度；Δt是插入被测富钴结壳样品前后的信号到达接收换能器的时间变化。
本申请提供针对一种基于双通道信息的图像域富钴结壳厚度提取方法所对应的装置包括：
第一处理模块，用于通过第一通道获取原频信号，对所述原频信号进行信号时域处理获取所述原频信号到达富钴结壳顶部的时间向量；
第二处理模块，用于通过第二通道获取差频信号，对所述差频信号在富钴结壳介质中的传播进行图像域处理，获取所述差频信号到达富钴结壳底部的时间向量；
厚度计算模块，用于结合所述原频信号到达富钴结壳顶部的时间向量、所述差频信号到达富钴结壳底部的时间向量以及所述差频信号在富钴结壳介质内的声速获取富钴结壳的厚度。
进一步地，所述第一处理模块包括：
第一带通滤波处理模块，用于对获取所述原频信号的所述第一通道进行带通滤波处理，以抑制噪声；
第一包络处理模块，用于提取所述原频信号的包络信号；
峰值检测模块，用于提取所述包络信号的峰值；
滑动平均处理模块，根据所述原频信号的工作频率对所述峰值进行滑动平均处理，将平均处理后的峰值作为所述原频信号到达富钴结壳顶部的时间向量。
进一步地，所述第二处理模块包括：
第二带通滤波处理模块，用于对获取所述差频信号的所述第二通道进行带通滤波处理，以抑制噪声；
能量补偿模块，用于对富钴结壳介质传播的所述差频信号根据衰减规律进行能量补偿；
第二包络处理模块，根据信噪比计算结果，在满足要求的前提下，用于对补偿后的所述差频信号进行包络提取，获取包络信号；
拼接模块，用于将多个所述包络信号按照时间顺序进行拼接处理，形成所述图像域；
滤波处理模块，用于对所述图像域进行非局部滤波处理；
边沿检测模块，利用Sobel或Canny算子对所述图像域边沿进行检测处理；
断线处理模块，对所述图像域进行断线连接处理；
最优直线检测模块，利用概率累计Hough变换检测所述图像域中的最优直线，所述最优直线作为所述差频信号到达富钴结壳底部的时间向量。
进一步地，包括测速模块，在测试水槽中，利用被测富钴结壳样品插入发射换能器与接收换能器之间的平面波传播路径上，测量由发射换能器发出的信号经被测富钴结壳样品到达接收换能器的时间以及未经被测富钴结壳样品到达接收换能器的时间，根据声信号到达时间的变化，计算被测富钴结壳样品中声速；声速计算公式具体如下：
其中，c0是水中声速，c是被测富钴结壳样品中声速，L是被测富钴结壳样品厚度；Δt是插入被测富钴结壳样品前后的信号到达接收换能器的时间变化。
本发明依据在利用声学原位测量装置进行测量的基础上，通过获取的回波信号进行高效地算法处理进而得到区域内富钴结壳地厚度。具体地，对富钴结壳进行原位声学厚度估计，有效地对富钴结壳厚度进行在线或者后处理测量，这对于我国后续大规模、高效率开采资源具有重要的意义。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于双通道信息的图像域富钴结壳厚度提取方法的实现流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种基于双通道信息的图像域富钴结壳厚度提取方法的算法处理示意图；
图3为本发明较佳实施例中的双通道信息的图像域富钴结壳厚度提取方法的原频信号及其包络、滑动平均后的顶部到达时间向量估计；
图4为较佳实施例中的双通道信息的图像域富钴结壳厚度提取方法的经过非局部滤波的结果图；
图5为本发明实施例中的双通道信息的图像域富钴结壳厚度提取方法的经过处理后获得的顶底时间到达向量估计图；
图6为本发明实施例中的双通道信息的图像域富钴结壳厚度提取方法的经过处理后获得的厚度估计结果。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
关于原频信号和差频信号，通过信号波与信号波之间的相互作用，可以产生具有相对较高频率的原频信号波和较低频率的差频信号波。因此通过双通道分别接收原频信号和差频信号的返回信号波。
参考图1，一种基于双通道信息的图像域富钴结壳厚度提取方法，包括以下步骤：S1：通过第一通道获取原频信号，对原频信号进行信号时域处理获取原频信号到达富钴结壳顶部的时间向量；
其中，多次通过第一通道获取原频信号，对原频信号进行时域处理，获取原频信号到达富钴结壳顶部的时间向量。其中根据原频信号自身特性，无法穿过富钴结壳介质，因此原频信号到达富钴结壳顶部后，进行返回，直至通过第一通道获取原频信号。
进一步地，原频信号由于信号频率高，比如50Hz，无法穿过富钴结壳，且衰减很大，在富钴结壳的顶部界面返回，且原频信号由于信号强，具有较好的分辨率，直接通过时域处理即可获得较好的估计精度。
S2：通过第二通道获取差频信号，对差频信号在富钴结壳介质中的传播进行图像域处理，获取差频信号到达富钴结壳底部的时间向量；
利用多次发射信号波，波与波之间相互作用，产生原频信号和差频信号，原频信号到达富钴结壳顶部界面后返回，而差频信号进入富钴结壳介质内，直至到达富钴结壳介质底部后无法继续穿透后返回。由于差频信号的自身特性，频率较低，使得需要经过多次获取差频信号后，将差频信号进行处理，拼接获取形成图像域。
另外，不管原频信号或差频信号，进入不同介质所产生的波形不同，不同通道获取的信号不同，因此无论返回后的信号波为哪种，经过第一通道的信号波只能为原频信号，经过第二通道的信号波只能为差频信号。而由于差频信号的信号频率比较弱，因此通过第二通道获取的返回后形成的差频信号图像中无法连贯。通过多次获取差频信号，并对差频信号进行处理后，拼接形成图像域，对图像域进行处理，估算得出到达富钴结壳底部的时间向量。
进一步地，由于差频信号可以穿过富钴结壳，衰减较小，而分辨率较差，因此可以需要对图像域处理，采用连用局部连续性假设，增加估计的精度和鲁棒性。
S3：结合原频信号到达富钴结壳顶部的时间向量、差频信号到达富钴结壳底部的时间向量以及差频信号在富钴结壳介质内的声速获取富钴结壳的厚度。
具体地，参考图2-3、5所示，S1中对原频信号进行信号时域处理获取原频信号到达富钴结壳顶部的时间向量，具体包括步骤：
S11：提取所述原频信号的包络信号；
S12：提取所述包络信号的峰值。
S13：根据原频信号的工作频率对所述峰值进行滑动平均处理，将平均处理后的峰值作为所述原频信号到达富钴结壳顶部的时间向量。
比如以平滑窗为5或10进行滑动平均帧处理，然后再对提取到的信号时域的峰值根据原频信号发射的工作频率进行滑动平均处理。
其中，滑动平均处理是考虑到厚度的局部连续性以及测量的工作高频率。例如，系统以50Hz的频率进行厚度测量，则局部连续性假设成立。由此利用滑动平均处理可以降低单次测量时引起的误差。
进一步地，在任一条信号记录中提取的包络，即可获得峰值及其位置，也即获得了一个顶部的到达时间；在一个较长的时间内测量，可将这些峰值及其位置形成向量；进而利用滑动平均处理，即可获得误差较小的顶部到达的时间向量。
参考图2所示，S2中形成所述图像域的具体步骤为：
S21：对在富钴结壳介质传播的差频信号根据衰减规律进行能量补偿；
具体地，对于在富钴结壳介质传输中的差频信号根据衰减规律进行能量补偿，如式(1)所示；
其中，z代表的是厚度轴，γi[z]代表的在信号采集时间内的能量值，Ztop代表顶部界面值，Zbottom代表底部界面值,需要补偿的能量在
顶底界面之间。鉴于在厚度处理完成前还无法获得精确的底部界面参数，顶部界面时间估计参数通过原频通道获取，而底部界面时间则直接补偿到富钴结壳的最大厚度所对应的时间，即最大不超过35cm对应的时间。
S22：根据信噪比计算结果，对补偿后的差频信号进行包络提取，获取包络信号；
例如，在窄带且信噪比较高时，大于10dB，可以采用希尔伯特变换提取包络；在非窄带或信噪比较低时，则可以采用复小波变换提取包络，小波形式一般可以选择香农小波，总层数分解为64层，具体包络信号采用第7层或第9层的结果进行比较选择。
S23：将多个包络信号按照时间顺序进行拼接，形成所述图像域。
具体地，由于信号穿越介质的时候存在衰减，故需要根据衰减规律进行预先补偿。补偿后，将信号包络作为一行，将多个信号包络按照时间顺序进行拼接，即可形成图像。
S2中还对差频信号在富钴结壳介质中的传播进行图像域处理，获取差频信号到达富钴结壳底部的时间向量，具体包括步骤：
S24：对图像域进行非局部滤波处理；
采用非局部滤波处理，利用图像中的非局部冗余信息降低噪声、增强细节表达能力，为后续的图像边沿检测等操作提供基础。参考图4所示，非均匀滤波的权重块尺寸为3，搜索块尺寸为7，衰减因子为10，得出处理结果；
非局部滤波是为了提取顶底到达时间向量服务的，因为该滤波方法具有兼顾保持信号细节、降低噪声的能力，可以在图像域中找到相似的结构特征，这是降低估计误差的关键。
S25：利用Sobel或Canny算子对图像域边沿进行检测处理；
在边缘检测中，常用的一种模板是Sobel算子。Sobel算子有两个，一个是检测水平边缘的；另一个是检测垂直边缘的。Sobel算子对于像素的位置的影响做了加权，可以降低边缘模糊程度，因此效果更好。
具体地，一种实施例中，针对Sobel算子包括如下步骤：
(1)利用Sobel算子模板对滤波后的图像进行首次边缘检测；
(2)利用Sobel算子模板对首次边缘图像进行二次边缘检测；
(3)利用边缘滤波对二次边缘图像进行滤除边缘强度小和边缘链短的边缘点。
图像域边沿代表了接收信号发生突变的时刻，即信号在传播过程中遇到阻抗发生变化时发生了穿透和反射。而底部时间向量的获取，就是等价于在图像域中的差频信号边沿。
S26：对图像域进行断线连接处理；
具体地，采用膨胀腐蚀等操作实现连通性。
关于膨胀腐蚀的一种实施例采用如下方法：
(1)计算单帧图像中的标识离散点，获取背景标识离散点的图像帧；
(2)对背景标识离散点的图像帧进行反复膨胀，得到边沿连续的图像；
(3)对经反复膨胀后的图像进行多次腐蚀；
(4)对经腐蚀后的图像进行背景去除，标识出封闭边沿的目标；
S27：利用概率累计Hough变换检测所述图像域中的最优直线，最优直线作为所述差频信号到达富钴结壳底部的时间向量。
参考图5所示，检测最优直线，得出处理结果。
具体地，概率Hough变换，以最小长度和连续性约束作为准则，优于其他的线条检测算子。概率Hough变换可以沿着起点和终点检测具有最小长度的线段作为底部信号到达时刻的最优估计。
关于概率Hough变换可以检测具有最小长度且具有连续性的线段。具体而言，沿着线段的起止点，其线段长度是最短的。在本方法中，通过概率霍夫变换，检测所有符合条件的线段来作为潜在的底部时间向量作为候选。在检测完所有的线条之后，需要舍弃重叠的线段和与顶部到达时间向量比倾斜超过15度的线段。在候选确定之后，最终的底部时间向量可以认为是底部的反射可以认为是具有最强反射信号的。为了能够确定这个最强的反射，需要将这个反射强度定义为位于线段上所有包络点的能量之和。对图像进行水平遍历，来寻找底部反射时间向量。需要指出的是，如果线段有重合，则选取能量大的这一条线段。
一种实施方式中，使用的时候可以将最小线段的长度设置位50cm，并且将最大间隔设置为12cm。这些参数可以确保具有微小断裂特点的长的线段可以检测到。
进一步地，在第一通道在获取原频信号、第二通道在获取差频信号前需要进行处理，其中，对原频信号通道进行带通处理，利用带通滤波器对原频信号通道进行噪声抑制，从而使原频信号通道具有较高的信噪比，通过自动计算信噪比参数，确定包络提取采用的方法，确保包络计算的贴合度，从而便于提高原频信号峰值提取位置的准确度。
本实施方式中，通过带通滤波处理的步骤，通过所述带通滤波处理进行噪声抑制。具体地，根据获取的原频信号或差频信号的特性，通过设计带通滤波器进行噪声抑制，一般而言带通滤波器的参数可设在100Hz-400Hz之间。
进一步地，参考图6，常用的物性测量装置采用插入法进行测量，发射换能器和接收换能器之间具有固定的传输距离，将已知长度的样品插入前后分别测量时延，由此获得样品的声速值。不过同一块富钴结壳样品的差异较小，可以平均声速代替分层声速。声速测量必须采用物性测量装置获取声速值。物性测量装置的原理是插入取代法，即通过测量样品插入前后的到达时刻的变化，通过声速计算公式获取。
因此，本实施方式中获取差频信号在富钴结壳介质内的声速的具体步骤为：
S31：在测试水槽中，测量发射换能器和接收换能器之间未插入被测富钴结壳样品时的由发射换能器发出的信号到达接收换能器的时间；
S32：将被测富钴结壳样品插入发射换能器与接收换能器之间的平面波传播路径上，测量由发射换能器发出的信号经被测富钴结壳样品到达接收换能器的时间；
S33：根据声信号到达时间的变化，对被测富钴结壳样品的声速进行测量，声速计算公式如下所示：
其中，c0是水中声速，c是被测富钴结壳样品中声速，L是被测富钴结壳样品厚度；Δt是插入被测富钴结壳样品前后的信号到达接收换能器的时间变化(T后-T前)。
利用公式dthickness＝0.5v·(tbottom-ttop)，计算得出富钴结壳厚度，
其中dthickness为富钴结壳的厚度，v为在富钴结壳内的速度，tbottom为差频信号到达富钴结壳底部的时间向量，ttop为原频信号到达富钴结壳顶部的时间向量；
本发明针对基于双通道信息的图像域富钴结壳厚度提取方法提供了一种基于双通道信息的图像域富钴结壳厚度提取装置，包括：
第一处理模块，用于通过第一通道获取原频信号，对原频信号进行信号时域处理获取原频信号到达富钴结壳顶部的时间向量；
第二处理模块，用于通过第二通道获取差频信号，对差频信号在富钴结壳介质中的传播进行图像域处理，获取差频信号到达富钴结壳底部的时间向量；
厚度计算模块，用于结合所述原频信号到达富钴结壳顶部的时间向量、差频信号到达富钴结壳底部的时间向量以及差频信号在富钴结壳介质内的声速获取富钴结壳的厚度。
进一步地，第一处理模块包括：
第一带通滤波处理模块，用于对获取原频信号的第一通道进行带通滤波处理，以抑制噪声；
第一包络处理模块，用于提取原频信号的包络信号；
峰值检测模块，用于提取包络信号的峰值；
滑动平均处理模块，根据原频信号的工作频率对峰值进行滑动平均处理，将平均处理后的峰值作为原频信号到达富钴结壳顶部的时间向量。
进一步地，第二处理模块包括：
第二带通滤波处理模块，用于对获取差频信号的第二通道进行带通滤波处理，以抑制噪声；
能量补偿模块，用于对富钴结壳介质传播的差频信号根据衰减规律进行能量补偿；
第二包络处理模块，根据信噪比计算结果，在满足要求的前提下，用于对补偿后的差频信号进行包络提取，获取包络信号；
拼接模块，用于将多个包络信号按照时间顺序进行拼接处理，形成图像域；
滤波处理模块，用于对图像域进行非局部滤波处理；
边沿检测模块，利用Sobel或Canny算子对图像域边沿进行检测处理；
断线处理模块，对图像域进行断线连接处理；
最优直线检测模块，利用概率累计Hough变换检测图像域中的最优直线，所述最优直线作为差频信号到达富钴结壳底部的时间向量。
进一步地，还包括测速模块，在测试水槽中，利用被测富钴结壳样品插入发射换能器与接收换能器之间的平面波传播路径上，测量由发射换能器发出的信号经被测富钴结壳样品到达接收换能器的时间以及未经被测富钴结壳样品到达接收换能器的时间，根据声信号到达时间的变化，计算被测富钴结壳样品中声速；声速计算公式具体如下：
其中，c0是水中声速，c是被测富钴结壳样品中声速，L是被测富钴结壳样品厚度；Δt是插入被测富钴结壳样品前后的信号到达接收换能器的时间变化。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。
Claims (7)
1.一种基于双通道信息的图像域富钴结壳厚度提取方法，其特征在于，
包括以下步骤：
S1：通过第一通道获取原频信号，对所述原频信号进行信号时域处理获取所述原频信号到达富钴结壳顶部的时间向量；
S2：通过第二通道获取差频信号，对所述差频信号在富钴结壳介质中的传播进行图像域处理，获取所述差频信号到达富钴结壳底部的时间向量；
所述步骤S2中形成所述图像域的具体步骤为：
S21：对在富钴结壳介质传播的所述差频信号根据衰减规律进行能量补偿；
S22：根据信噪比计算结果，在满足要求的前提下，则对补偿后的所述差频信号进行包络提取，获取包络信号；
S23：将多个包络信号按照时间顺序进行拼接，形成所述图像域；
所述步骤S2中还对所述差频信号在富钴结壳介质中的传播进行图像域处理，获取所述差频信号到达富钴结壳底部的时间向量，具体包括步骤：
S24：对所述图像域进行非局部滤波处理；
S25：利用Sobel或Canny算子对所述图像域边沿进行检测处理；
S26：对所述图像域进行断线连接处理；
S27：利用概率累计Hough变换检测所述图像域中的最优直线，所述最优直线作为所述差频信号到达富钴结壳底部的时间向量；
S3：结合所述原频信号到达富钴结壳顶部的时间向量、所述差频信号到达富钴结壳底部的时间向量以及所述差频信号在富钴结壳介质内的声速获取富钴结壳的厚度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，S1中对所述原频信号进行信号时域处理获取所述原频信号到达富钴结壳顶部的时间向量，具体包括步骤：
S11：提取所述原频信号的包络信号；
S12：提取所述包络信号的峰值；
S13：根据原频信号的工作频率对所述峰值进行滑动平均处理，将平均处理后的峰值作为所述原频信号到达富钴结壳顶部的时间向量。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述第一通道获取所述原频信号之前以及通过所述第二通道获取差频信号之前均包括带通滤波处理的步骤，通过所述带通滤波处理进行噪声抑制。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述差频信号在富钴结壳介质内的声速的具体步骤为：
S31：在测试水槽中，测量发射换能器和接收换能器之间未插入被测富钴结壳样品时的由发射换能器发出的信号到达接收换能器的时间；
S32：将被测富钴结壳样品插入发射换能器与接收换能器之间的平面波传播路径上，测量由发射换能器发出的信号经被测富钴结壳样品到达接收换能器的时间；
S33：根据声信号到达时间的变化，对被测富钴结壳样品的声速进行测量，声速计算公式如下所示：
其中，c0是水中声速，c是被测富钴结壳样品中声速，L是被测富钴结壳样品厚度；Δt是插入被测富钴结壳样品前后的信号到达接收换能器的时间变化。
5.一种基于双通道信息的图像域富钴结壳厚度提取装置，其特征在于，包括：
第一处理模块，用于通过第一通道获取原频信号，对所述原频信号进行信号时域处理获取所述原频信号到达富钴结壳顶部的时间向量；
第二处理模块，用于通过第二通道获取差频信号，对所述差频信号在富钴结壳介质中的传播进行图像域处理，获取所述差频信号到达富钴结壳底部的时间向量；
所述第二处理模块包括：
第二带通滤波处理模块，用于对获取所述差频信号的所述第二通道进行带通滤波处理，以抑制噪声；
能量补偿模块，用于对富钴结壳介质传播的所述差频信号根据衰减规律进行能量补偿；
第二包络处理模块，根据信噪比计算结果，用于对补偿后的所述差频信号进行包络提取，获取包络信号；
拼接模块，用于将多个所述包络信号按照时间顺序进行拼接处理，形成所述图像域；
滤波处理模块，用于对所述图像域进行非局部滤波处理；
边沿检测模块，利用Sobel或Canny算子对所述图像域边沿进行检测处理；
断线处理模块，对所述图像域进行断线连接处理；
最优直线检测模块，利用概率累计Hough变换检测所述图像域中的最优直线，所述最优直线作为所述差频信号到达富钴结壳底部的时间向量；
厚度计算模块，用于结合所述原频信号到达富钴结壳顶部的时间向量、所述差频信号到达富钴结壳底部的时间向量以及所述差频信号在富钴结壳介质内的声速获取富钴结壳的厚度。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一处理模块包括：
第一带通滤波处理模块，用于对获取所述原频信号的所述第一通道进行带通滤波处理，以抑制噪声；
第一包络处理模块，用于提取所述原频信号的包络信号；
峰值检测模块，用于提取所述包络信号的峰值；
滑动平均处理模块，根据所述原频信号的工作频率对所述峰值进行滑动平均处理，将平均处理后的峰值作为所述原频信号到达富钴结壳顶部的时间向量。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，包括测速模块，在测试水槽中，利用被测富钴结壳样品插入发射换能器与接收换能器之间的平面波传播路径上，测量由发射换能器发出的信号经被测富钴结壳样品到达接收换能器的时间以及未经被测富钴结壳样品到达接收换能器的时间，根据声信号到达时间的变化，计算被测富钴结壳样品中声速；声速计算公式具体如下：
其中，c0是水中声速，c是被测富钴结壳样品中声速，L是被测富钴结壳样品厚度；Δt是插入被测富钴结壳样品前后的信号到达接收换能器的时间变化。
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