[發明專利]一種基于高斯模糊和CFAR檢測的危險物品檢測方法

在審

• 申請號: 201710895099.X
• 申請日: 2017-09-28
• 公開（公告）號: CN107861121A
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 張珊;王亮;張學輝;張立平
• 申請（專利權）人: 北京華航無線電測量研究所
• 主分類號: G01S13/88
• 分類號: G01S13/88
• 代理公司: 北京天達知識產權代理事務所(普通合伙)11386
• 代理人: 龔頤雯,王一

技術領域

本發明屬于圖像處理領域，具體涉及一種基于高斯模糊和CFAR檢測相結合的墻體內危險物品檢測的方法。

背景技術

穿墻探測雷達(Through-the-Wall Detecting Radar，TWDR)通過發射超寬帶(UWB)電磁波來穿透墻壁、隔板等障礙物，并分析接收到的目標回波信號，對隱藏在障礙物后的目標進行檢測與定位。UWB穿墻探測雷達具有以下一系列優越的性能：高距離分辨率；高度隱蔽性、低截獲率和抗干擾性；信號多波束傳播時具有對抗衰減的能力；與窄帶信號相比具有好的電磁兼容性和頻率利用率，所以在軍事和商業方面都有極大的應用價值。

穿墻探測雷達一般運用的是超寬帶技術。超寬帶穿墻探測雷達一方面可以通過發射超寬帶信號來獲取高距離分辨率，有利于目標的檢測定位，另一方面其發射的超寬帶信號具有較低的工作頻率，該頻率的電磁波可以穿透多種類型的墻體，以保證雷達有較強的穿透能力和較大的作用距離。

穿墻雷達信號種類主要有：脈沖信號即沖激信號，步進頻率信號，調頻連續波信號等，因此根據信號種類可將穿墻雷達分為：脈沖穿墻雷達，步進頻率穿墻雷達，調頻連續波穿墻雷達等體制。這些體制的雷達各有其優缺點，從近幾年的實際使用來看，脈沖穿墻雷達與步進頻率穿墻雷達使用最多，從物理機制上講，步進頻率穿墻雷達和脈沖穿墻雷達是一樣的，只是信號的表現形式和測量方式不同，但是步進頻率穿墻雷達需要有復雜的硬件系統和信號處理，而導致他的發展較慢。盡管如此，計算機技術的發展的硬件技術的不斷提高，為步進頻率穿墻雷達提供了巨大的發展空間。

超寬帶穿墻雷達的目標回波信號受到多種雜波和干擾的影響，主要有：系統熱噪聲和周圍環境的隨機噪聲；城市環境中的射頻干擾；室內復雜的背景雜波。它們的存在嚴重降低了系統的性能，甚至造成接收機的飽和而無法正常工作，所以在雷達信號或數據處理之前，需要對回波數據進行預處理。穿墻雷達的接收信號存在較多雜波，其中天線直耦波和墻體表面反射波的能量最大，一般要比目標回波大許多，由于這兩種強雜波信號的存在，壓縮了目標回波的動態范圍，降低了系統對弱反射目標的探測能力。

近年來，人們提出了一些針對UWB雷達信號檢測的方法，常見的有小波算法和雙譜算法，基于小波變換的方法用于寬帶被動雷達目標檢測，但需要通過先驗知識來選擇信號和噪聲之間相對小波的最佳分辨尺度，檢測分辨率不高；雙譜分析法中高階譜的特性使該方法具有估計精度高的特點，但在估計累計量時，取遍了自變量定義域內的所有譜值，計算量較大，很難做到實時處理。

發明內容

針對上述問題，本發明采用雷達回波成像處理后的圖像，提供一種基于高斯模糊處理和CFAR檢測相結合的墻體內危險物品檢測方法，該方法有效的解決了當前超寬帶窄脈沖信號目標檢測需要先驗知識、檢測分辨率不高、計算量較大，難以做到實時處理等問題。該方法(1)高斯模糊處理后的圖像能夠較好地保留圖像的細節，便于后續分析處理；(2)在考慮了雜波背景變化的情況下，提供檢測閾值，使雷達檢測目標的虛警概率恒定，不會導致計算機的過載，保證雷達系統能在較強的干擾背景下工作，提高檢測目標的性能；(3)方便實時處理，易于工程實現。

一種基于高斯模糊和CFAR檢測的危險品檢測方法，所述方法包括：

步驟1：輸入原始圖像數據；

步驟2：對步驟1輸入的原始圖像數據進行第一處理；

步驟3：對步驟2第一處理后的圖像分別進行X方向和Y方向的一維高斯變換，然后將X方向和Y方向的一維高斯變換后的圖像數據相加，從而得到二維高斯變換的圖像；

步驟4：用CFAR檢測方法對步驟3得到的二維高斯變換的圖像進行分割；

步驟5：對步驟4分割后的圖像進行第二處理；

步驟6：將第二處理后的圖像作為檢測到的圖像進行輸出。

進一步的，所述原始圖像為將雷達回波數據按照雷達孔徑合成和矩陣重建理論構建而成的圖像。

進一步的，所述步驟2中第一處理包括：均值濾波和對比度增強。

進一步的，所述步驟3中的高斯變換的公式如下：

將圖像數據與高斯分布函數做卷積：

L(x,y,σ)＝G(x,y,σ)*I(x,y) (3)

式中，L(x,y,σ)是卷積后的圖像，G(x,y,σ)是二維高斯核函數，I(x,y)是原始圖像，x和y是二維坐標，σ是正態分布的標準差。

進一步的，CFAR檢測方法具體包括：

步驟(1)：在給定的虛警率條件下，根據目標所處周圍背景雜波的統計特性自適應求取檢測閾值；