[發明專利]一種基于非負矩陣分解的雷達背景圖像實時構造方法

有效

• 申請號: 201210361123.9
• 申請日: 2012-09-25
• 公開（公告）號: CN102928825A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 寧煥生;陳唯實;汪俊
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41;G06T7/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種基于非負矩陣分解的雷達背景圖像實時構造方法，屬于空域安全監視技術領域，涉及雷達圖像處理與目標檢測。

背景技術

一次雷達具有成本低、架設方便、獨立工作性強等特點，是空域安全監視的重要手段。一次雷達本身不具備動目標檢測的功能，成熟的雷達監視系統通常采用圖像采集卡將雷達平面位置指示（PPI）圖像傳輸給計算機，再由后端基于圖像的目標檢測算法對其進行處理，從中提取出動目標信息。

目標檢測算法的關鍵是提取出純凈的背景圖像，進而從原始雷達圖像中減去背景信息，保留動目標信息。因為目標處于運動狀態，在雷達圖像序列的每一幀中處于不同的位置，取平均值后會被弱化。傳統的背景圖像構造方法通常采用平均值法，將若干幀原始圖像相加取平均值。但是，雷達圖像序列的幀數有限，由平均值法構造的背景圖像總會保留一定的目標軌跡信息，給目標檢測造成干擾。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種基于非負矩陣分解的雷達背景圖像實時構造方法，該方法適用于基于雷達PPI圖像的動目標檢測，基于當前幀圖像實時分離背景信息，徹底剔除目標軌跡干擾。

本發明通過以下技術方案予以實現：

本方法采用非負矩陣分解實時構造雷達背景圖像，排除目標運動軌跡干擾，其具體步驟如下：

1)建立實時更新的雷達圖像庫

將實時采集的雷達圖像保存至實時更新的圖像庫，該圖像庫只保存最近采集的N（通常設置為N=10）幀雷達圖像。因此，在保存第k幀圖像的同時需刪除第k-10幀圖像。

2)初始值設定

將圖像庫中當前圖像I^(k)之前的N幀圖像相加并取平均值，得到背景圖像B^(k)，用下式表示：

B(k)=1nΣi=1nI(k-i)---(1)]]>

由當前圖像中減去背景圖像，獲得差分圖像T：

T^(k)=I^(k)-B^(k)????????(2)

式中I，B，T均為m×n的二維圖像。

將B^(k)和T^(k)轉換成兩個向量a₁和a₂，轉換規則如下：

a₁＝{a₁[(i-1)·n+j]=B[i,j],i=1,2,...,m;j=1,2,...,n}????????(3)

a₂={a₂[(i-1)·n+j]=T[i,j],i=1,2,...,m;j=1,2,...,n}

將以上兩個向量放入矩陣A₀=[a₁,a₂]，a₁和a₂均為mn維向量，作為非負矩陣分解的初始值。

3)層級交互最小二乘法

采用非負矩陣分解提取背景圖像的實質在于估計兩個非負矩陣A和S，滿足下式

I=A·S????????(4)

其中I為按照(3)式的規則轉換成的mn×1維向量；A為mn×2維的矩陣，包含a₁和a₂兩個向量，a₁表示背景圖像，a₂表示動目標圖像；S為2×1維的系數向量。A的初始值設置為(3)式獲得的A₀，S的初始值設定為S₀。

求解非負矩陣A和S，使誤差最小化，由下式計算