[发明专利]一种基于行连接聚类算法的探地雷达目标检测方法

说明书

本发明涉及一种基于行连接聚类算法的探地雷达目标检测方法，包括以下步骤：1)建立地下介质模型，并利用现有基于光线追踪的探地雷达仿真方法进行探地雷达仿真而获取仿真数据，生成原始B‑scan图像；2)对每张探地雷达的原始B‑scan图像进行预处理获得对应的两张二值化图像；3)对每张二值化图像进行目标提取，采用行连接聚类算法，将交汇的双曲线目标信号分离开，并拟合分离后的双曲线信号得到目标双曲线顶点位置，完成目标检测。与现有技术相比，本发明能够更精确的特别是在目标信号交汇的复杂情况下检测出探地雷达目标。

技术领域

本发明涉及探地雷达目标检测领域，尤其是涉及一种基于行连接聚类算法的探地雷达目标检测方法。

背景技术

探地雷达(GPR)进行目标检测是一种重要的无损评估方法，它根据高频电磁(EM)波的传播和散射特性，利用地下材料的不同电磁特性，来检测地下区域。

如今，原本用于军工行业的探地雷达(GPR)已经深入到人们的日常生活中，如工程勘察等。虽然探地雷达作为一种无损地下探测工具非常有吸引力，但探地雷达数据的可读性对于没有丰富先验知识的人来说是无法接受的。为了提高探地雷达可读性，针对地下目标的检测方法在这一研究中具有重要意义。

虽然现有的方法可以对一些简单目标实现目标检测的目的，但在双曲线特征交汇的复杂情况下，由于一般方法无法较好地将交汇信号分离成独立的目标双曲线信号，直接曲线拟合往往会导致目标物漏检、误检，这大大降低了地下目标的目标检测率。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于行连接聚类算法的探地雷达目标检测方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于行连接聚类算法的探地雷达目标检测方法，该方法包括以下步骤：

1)建立地下介质模型，并利用现有基于光线追踪的探地雷达仿真方法进行探地雷达仿真而获取仿真数据，生成原始B-scan图像；

2)对每张探地雷达的原始B-scan图像进行预处理获得对应的两张二值化图像；

3)对每张二值化图像进行目标提取，采用行连接聚类算法，将交汇的双曲线目标信号分离开，并拟合分离后的双曲线信号得到目标双曲线顶点位置，完成目标检测。

所述的步骤2)中，预处理包括零时刻校正、地杂波移除、幅度增强和自适应二值化。

根据雷达信号的频率获取零时间进行零时刻校正。

通过减去每行的平均值实现地杂波移除，则有：

其中，x(t)为一条信号在时间t处的幅值，x_j(t)为第j条B-scan信号在时间t处的幅值，n为B-scan信号的条数，x1(t)为该B-scan信号在去地杂波后在时间t处的幅值。

考虑传播过程中的能量衰减，采用线性时变增益进行幅度增强，则有：

其中，x2(t)为幅度增强后的信号在时间t处的幅值，t_N为仿真总时长。

采用自适应阈值方法进行二值化处理，则有：

其中，threshold为阈值，mean{}为计算平均数的函数，I_e为边缘像素的强度值，为边缘像素强度的最大值，ρ_b为一个介于0到1之间的小数。