[发明专利]基于探地雷达与波前干扰偏移的树干内部缺陷成像方法

说明书

本发明公开了基于探地雷达与波前干扰偏移的树干内部缺陷成像方法，涉及林木无损检测领域。该方法使用探地雷达围绕树干发射电磁波，生成B扫描数据作为输入，然后根据雷达信号穿透树干直径所需时间，估计树干整体介电常数，并使用易形变且不回弹金属丝提取树干轮廓信息并建模。首先对B扫描数据进行零点选取、背景去除、时变增益、奇异值分解以及二值化操作，然后对B扫描数据的每一条A扫描数据在树干上的测量点进行波前干扰偏移，并将偏移结果叠加，得到树干内部缺陷的断层图像。该方案操作简单，能够实时获得测量结果，对树干缺陷检测具有指导作用。

技术领域

本发明涉及基于探地雷达与波前干扰偏移的树干内部缺陷成像方法，属于林木无损检测领域。

背景技术

雷达作为一种完全无损的检测仪器，在地质调查、隧道检测、路桥结构等领域已经展现出惊人的效果；由于其具有操作简单快捷、抗干扰能力强、应用范围广、分辨率高等优势，所以适用于大规模林业应用。

利用探地雷达在树干周围发射电磁波，记录从树干中传回的电磁回波，分析电磁波回波出现的时间，实现树干内部缺陷的快速检测。当穿过介电常数明显不同的物质时，电磁波才会产生回波，所以通常情况下，树干在健康木材内部不会产生回波，当树干内部出现空洞或腐朽时，空洞与腐朽部分的介电常数与正常树干内部介电常数差异大，会产生电磁波回波，从而区分出树木是否健康。

目前在林木无损检测领域，国内外已经成功将探地雷达应用于树干缺陷检测。然而这些检测对树干外形要求都极高，尽量要求树干为规则圆形，因为在成像处理中，这些方法使用基于极坐标的扇形结构对树干还原，以此方法得出的成像区域均与圆心相关；而实际应用中，树干外形并非为规则圆形，所以这些方法得出的成像区域与实际情况不符。通常对于不规则树干，检测人员会再借助辅助设备，如激光雷达结合点云数据，或对树干进行圆周采样，获取采样点坐标，然后进行多次曲线拟合，从而得到树干外形。但这种做法对时间消耗较大，

发明内容

为了解决现有采用探地雷达对不规则外形的树干进行缺陷检测时存在的时间消耗较大的问题，本发明提供了一种基于探地雷达与波前干扰偏移的树干内部缺陷成像方法，利用波前干扰偏移思想，在树干周围的每个电磁波发射点进行偏移成像，将成像效果叠加，得到树干内部缺陷的断层成像，该方案操作简单，能够实时获得测量结果，对树干缺陷检测具有指导作用。

一种基于探地雷达与波前干扰偏移的树干内部缺陷成像方法，所述方法包括：

S1利用探地雷达获取待测树干轮廓信息并构建坐标系，标记探地雷达扫描起点位置及扫描正方向；

S2使用探地雷达紧贴待测树干表面，从扫描起点位置沿着扫描正方向探测一周，获得待测树干的B扫描数据；

S3对B扫描数据进行预处理；

S4从预处理后的B扫描数据中提取每一条A扫描数据，并对每一条A扫描数据使用波前干扰偏移，并将偏移结果叠加，得到偏移后的图像；其中B扫描数据为二维矩阵，A扫描数据为组成B扫描数据的列向量；

S5对偏移后的图像进行区域标记，生成待测树干的横截面断层图像。

可选的，所述S2使用探地雷达紧贴待测树干表面，从扫描起点位置沿着扫描正方向探测一周，获得待测树干的B扫描数据，包括两次探测过程：

第一次探测：根据林木检测先验知识设定探地雷达参数，包括探地雷达的增益值、扫描步长、测量方向、测量范围和探地雷达的介电常数；其中，探地雷达的介电常数设置为大于待测树干的真实介电常数值的数值；测量范围设置大于树干宽面直径D的数值，获得第一次的B扫描数据；根据第一次的B扫描数据计算待测树干内部的相对介电常数ε；