[發明專利]結合圖像分割與子空間匹配追蹤的目標散射中心提取方法

有效

• 申請號: 201410399616.0
• 申請日: 2014-07-31
• 公開（公告）號: CN104182753B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 劉宏偉;王鵬輝;劉俊;杜蘭;王英華;糾博
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06K9/46
• 分類號: G06K9/46;G06K9/34;G01S13/90
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心61205
• 代理人: 王品華,朱紅星

技術領域

本發明屬于雷達技術領域，涉及一種目標散射中心提取方法，可用于估計目標及其重要部件的幾何尺寸，為目標分類識別提供重要的特征信息。

背景技術

合成孔徑雷達SAR是一種主動式的微波成像傳感器，分別利用距離向的脈沖壓縮技術和方位向的綜合技術來實現較高的空間分辨率。SAR具有全天時、全天候進行偵察的特點，并且提供光學傳感器所不能提供的信息。憑借其獨特的優勢，SAR已成為一種不可或缺的軍事偵察和民事遙感手段。

當雷達工作在高頻區時，目標的總電磁散射可以近似等效為多個局部散射源的電磁散射之和，這些局部散射源就稱為散射中心。目前用于提取目標散射中心的模型主要分為三種：理想點散射中心模型，衰減指數模型，以及屬性散射中心模型。其中屬性散射中心模型最符合SAR目標的散射特性，它描述的屬性散射中心具有豐富的幾何意義和物理意義。

屬性散射中心模型是1999年Michael J.Gerry和Lee C.Potter基于幾何繞射理論和物理光學理論提出的一個適用于高分辨SAR圖像數據的參數化模型。見[M.J.Gerry,L.C.Potter,I.J.Gupta,and A.van der Merwe,A parametric model for synthetic aperture radar measurements[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation,1999,Vol.47,NO.7,pp.1179-1188]。該模型不僅描述了散射中心的位置信息和強度信息，還描述了散射中心的幾何尺寸，以及散射中心對頻率和方位的依賴性，并可以由此反演出目標的幾何結構。屬性散射中心模型相比于點散射模型和衰減指數模型，包含更豐富的可用于目標分類識別的特征。

屬性散射中心特征提取實質上是一個從目標回波數據中估計各個散射中心參數的過程。由于屬性散射中心模型包含的散射中心信息較多，導致模型結構復雜以及參數維數較高，增加了模型參數估計的復雜性。現有方法主要分為兩種，分別是基于圖像域的散射中心提取和基于頻域數據的散射中心提取。基于圖像域的散射中心提取方法具有降低散射中心之間耦合度的特點，但是存在模型階數選擇和散射中心結構類別判別的問題。基于頻域數據的散射中心提取方法避免了模型失配和散射中心類別判別的問題，但是對于相鄰散射中心之間的強耦合性卻無能為力。

發明內容

本發明的目的在于提出一種結合圖像分割與子空間匹配追蹤的目標散射中心提取方法，以解決現有方法中模型失配、散射中心類別判別錯誤以及散射中心間耦合度大導致參數估計不準確的問題。

本發明的技術方案是這樣實現的：

一.技術思路

在高頻區的雷達回波中，將目標散射回波近似看成由少量強散射中心的后向散射回波疊加產生，通過求解目標在頻率域的稀疏表示，提取目標的散射中心特征。考慮屬性散射中心參數空間維數較高，散射中心提取過程計算復雜度大，采用基于子空間匹配追蹤獲取目標屬性散射中心參數的初步估計集合；針對散射中心之間耦合度大導致參數估計不準確的問題，通過利用圖像分割的方法降低散射中心之間的耦合度。

二.技術方案

根據上述思路本發明的實現步驟包括如下：

(1)提取原始圖像I₀中的局部極大值區域，得到目標圖像I₁；對目標圖像I₁進行分割，得到目標的輪廓區域R，用輪廓區域R對原始圖像I₀進行掩膜處理，得到目標連通支撐域圖像I₂，對連通支撐域圖像I₂通過二維傅里葉變換得到目標的頻域觀測信號s；

(2)確定散射中心的位置集合Θ₁和散射中心的屬性集合Θ₂；

2a)根據輪廓區域R中的非零元素位置得到散射中心距離維坐標參數x的取值范圍X和散射中心方位維坐標參數y的取值范圍Y，確定散射中心的位置集合：Θ₁＝{(x,y)|x∈X,y∈Y}；

2b)由散射中心方位維坐標參數y的取值范圍確定散射中心長度參數L的取值范圍L；由雷達回波數據錄取的方位角域確定散射中心方位角取值范圍Φ；由雷達回波數據錄取的中心頻率確定散射中心方位依賴因子γ取值范圍Γ；設定散射中心的頻率依賴因子α取值范圍為Λ＝{-1,-0.5,0,0.5,1}；最終確定散射中心的屬性集合Θ₂：