[發(fā)明專利]一種基于全卷積網(wǎng)絡(luò)的探地雷達目標檢測方法

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• 申請日: 2018-06-22
• 公開（公告）號: CN108830331A
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 侯興松;郭晉燕
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G01V3/12;G06N3/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 高博

本發(fā)明公開了一種基于全卷積網(wǎng)絡(luò)的探地雷達目標檢測方法，搭建一個三層的全卷積網(wǎng)絡(luò)對探地雷達數(shù)據(jù)集進行訓(xùn)練，對圖像進行縮放得到不同尺度，然后輸入網(wǎng)絡(luò)進行卷積運算，輸出熱度特征圖，對該熱度圖進行映射計算后，定位目標的位置完成目標檢測。本發(fā)明網(wǎng)絡(luò)在訓(xùn)練時不需要使用有位置框標注的數(shù)據(jù)集，可以接受任意尺寸的輸入圖片，檢測尺寸不一的目標，并且速度較快，在探地雷達數(shù)據(jù)量較少的情況下，通過數(shù)據(jù)擴充，實現(xiàn)了基于全卷積網(wǎng)絡(luò)的探地雷達目標檢測，該算法具有速度快、檢測準確率高等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于圖像目標檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于全卷積網(wǎng)絡(luò)的探地雷達目標檢測方法。

背景技術(shù)

探地雷達探地雷達(Ground Penetrating Radar，簡稱GPR)是利用電磁波探測地下目標，通過分析電磁信號與地下目標的相互作用，提取目標的性質(zhì)、形狀等信息。隨著人類對自然界的逐漸了解和探索，人們對地表下世界的探知變得越來越迫切。探地雷達是近幾年來應(yīng)用于地表淺層地質(zhì)構(gòu)造、巖性檢測的一項新技術(shù)，其特點是快速、無損、連續(xù)檢測，并以實時成象方式顯示地下結(jié)構(gòu)剖面，使探測結(jié)果一目了然，分析、判讀直觀方便。因探測精度高、樣點密、工作效率高而倍受一些行業(yè)的關(guān)注。隨著該項技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展。比如城市道路病害檢測，利用探地雷達檢測生命體的準確位置給震后的救援工作提供極大便利等。

對于探地雷達目標檢測任務(wù)來說，在實際的應(yīng)用中處理技術(shù)仍然比較落后，最直觀的表現(xiàn)就是自動化程度較低，仍然依賴操作人員的工程經(jīng)驗，而且對數(shù)據(jù)的解釋能力較差，常常導(dǎo)致虛警。主要是因為地表的直達波有著很強的干擾性，使得感興趣的目標被強雜波嚴重干擾；不同的天氣和濕度下，相同的介質(zhì)得到的雷達數(shù)據(jù)也會有很大的不同；目標環(huán)境的復(fù)雜性，使得先驗知識很難得到，限制了很多需要先驗的檢測算法。因此檢測準確率是探地雷達目標檢的關(guān)鍵性問題。

傳統(tǒng)的探地雷達目標檢測，國內(nèi)外學(xué)者也做了大量研究。傳統(tǒng)的探地雷達目標檢測算法大致可以分為以下兩個研究方面。

(1)一種是通過對探地雷達圖像的處理，利用目標體在探地雷達圖像中的幾何特征進行目標檢測。一般利用Hough變換法提取目標反射雙曲線特征，或者利用模式識別方式進行目標提取。Simi A等利用改進Hough變換和層析技術(shù)實現(xiàn)地下管線目標的自動檢測，大大提高地下目標檢測效率。Maas C等利用Hough變換提取雙曲線特征，并用模式識別方法進行自動定位。

(2)一種是基于統(tǒng)計學(xué)原理對探地雷達信號進行建模，并進行假設(shè)檢驗，并計算檢量，與固定或自適應(yīng)門限進行比較，以判斷目標有無。一種高階方差分析結(jié)合序貫概率比檢測的方法，以加窗的A-scan能量作為檢驗統(tǒng)計量進行地雷探測。一種是利用歷史數(shù)據(jù)道的線性加權(quán)對當(dāng)前道進行預(yù)測，并在頻域利用子頻帶處理實現(xiàn)，成功地將目標從雜波背景中分離出來。在此基礎(chǔ)上，通過實時更新參考信號，提出自適應(yīng)單邊線性預(yù)測算法，成功地解決檢測器對地距離的變化所產(chǎn)生的影響；在單邊預(yù)測的基礎(chǔ)上，利用最大似然估計，完成了對不同環(huán)境中的地雷目標檢測，但該算法需要大量無目標和雜波的參考信號，而參考信號常常混有雜波。應(yīng)用恒虛警檢測法(恒虛警率)進行地下異常檢測，假設(shè)背景信號服從高斯分布，通過估計待測采樣點附近背景信號的均值和標準差對信號進行歸一化，然后沿深度方向計算置信度，與固定門限比較來確定目標有無。

以上傳統(tǒng)的探地雷達目標檢測方法中，第一類是基于圖像級的目標檢測，該方法將很大程度上和探地雷達圖像的質(zhì)量有很大的關(guān)系；第二類是利用對信號模型的假設(shè)檢驗來實現(xiàn)目標檢測，這類方法將需要一定的先驗知識，而且模型的正確與否會嚴重影響檢測的正確率。

現(xiàn)在基于卷積網(wǎng)絡(luò)的目標檢測技術(shù)發(fā)展速度很快，而且速度和準確率都很高。所以一些研究學(xué)者開始致力于基于卷積網(wǎng)絡(luò)的目標檢測。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于全卷積網(wǎng)絡(luò)的探地雷達目標檢測方法，速度快、檢測準確率高。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：