[发明专利]一种摆臂雷达管道图像病害空间提取方法

说明书

一种摆臂雷达管道图像病害空间提取方法，针对雷达图像具有波动性和发射接收分离等特点，将研究对象转为基于偏移归位的反射目标块提取，在克希霍夫积分偏移归位方法基础上，通过构建希尔伯特振幅谱包络实现目标块的提取；更直观化的呈现出管道中的病害区域的真实状态。在图像分割中，提出了一种改进的基于核函数的邻接IFCM分割算法，在IFCM的原算法的基础上，首先利用马尔可夫随机场域建模替代邻域空间信息，其次利用核函数代替欧几里得距离函数，从而通过管道雷达图像分割，完成病害区域的智能提取。本发明可有效提高摆臂管道雷达图像的分割精度，可进一步实质性的将摆臂雷达应用于排水管道病害区域的检测任务。

技术领域

本发明属于探地摆臂雷达信号处理技术领域，更具体地，涉及一种摆臂雷达管道图像病害空间提取方法。

背景技术

城市地下排水管道周围土体空洞、脱空和管体裂隙等病害会导致城市塌陷和环境污染等灾害，病害空间信息是管道安全评估关键参数。探地摆臂雷达是一种效率很高的浅层地球物理探测技术，它利用了地下介质电性参数的差异，然后通过向外发射高频电磁脉冲波，来获取回波的振幅、波形和频率等特征，以此来分析和推断介质结构和物性特征。雷达波在管道中的传播环境十分复杂，管道摆臂雷达图像受到的干扰非常严重以及管道摆臂雷达图像为摆臂雷达反射波，需要对摆臂雷达反射波进行处理，使其转换成直观的目标图像。

因而，需要从摆臂雷达图像中智能获取病害的空间信息。但是，管道摆臂雷达所探测的数据存在一定的误差，其次，管道摆臂雷达图像存在解释难度大、人力解释经验需求高、解释周期长等问题，未经处理的摆臂雷达图像无法准确的显示出病害区域，从而无法反应管道外部存在的病害现象。

因此，如何提供一种对摆臂雷达管道图像病害空间提取较优的方法是本领域技术人员亟需解决的问题。管道摆臂雷达所探测的数据剖面是地下反射电磁波在地面测点上相互叠加的结果，管道雷达探测范围广，所以只要是法平面通过测点的偏离测点的反射点都会被检测到，而这会影响到原本的实验结果。因此，可将研究简化为针对原始数据进行偏移归位处理，也就是移动反射点的位置，使得地下反射电磁波归位，绕射波自动收敛。根据雷达反射波存在着解释难度大、人力解释经验需求高、解释周期长等问题，可将研究简化为提取信号数据的包络，将信号的波动转换为能量的幅值，增强目标区域的能量，使目标区域的一系列反射波融合成一个整体。但若想最终提取出病害区域，需对管道摆臂雷达图像进行分割，来进行目标检测。

发明内容

本发明的目的是提供一种摆臂雷达管道图像病害空间提取方法，通过预处理阶段偏移归位的反射目标块提取方法：在克希霍夫积分偏移归位的基础上，构建希尔伯特振幅谱包络实现目标块的提取；以及图像分割阶段用核函数的邻接IFCM分割方法对管道摆臂雷达图像进行分割，完成病害区域的提取。此方法在雷达病害区域提取上具有较高精度，提升管道病害区域获取效率。

为了实现上述目的，本发明提供一种摆臂雷达管道图像病害空间提取方法，包括：

S1：克希霍夫积分偏移归位计算求解，具体步骤如下：

S11：输入管道雷达的数据；

S12：设置m，l等离散数据参数，m对应第m道雷达数据，l的初始值为0；

S13：根据S12及E(m,l)的计算公式：

可求出一道雷达数据偏移处理后的点数据；

其中，v为波速，E为电场分量，m，α，l为正整数，Δx为点距；

S14：l加1至l_max结束，此时可求出一道数据的整体偏移处理后的结果；

S15：重新设置m，l等离散数据参数，跳转到步骤S13执行，可求出整个地面波场的偏移处理后的数据结果；

S2：希尔伯特振幅谱包络实现目标块的提取求解，具体步骤如下：