[發(fā)明專利]基于OMP的SAR目標(biāo)圖像幾何尺寸估計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811181427.0
• 申請(qǐng)日: 2018-10-11
• 公開（公告）號(hào): CN109345583B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜蘭;崔曼;楊棟文;王家東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué);西安中電科西電科大雷達(dá)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新研究院有限公司
• 主分類號(hào): G06T7/60
• 分類號(hào): G06T7/60;G06T5/00;G06T3/60
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

本發(fā)明公開了一種基于正交匹配追蹤算法OMP的合成孔徑雷達(dá)SAR目標(biāo)圖像幾何尺寸估計(jì)方法，其實(shí)現(xiàn)步驟為：(1)選取圖像切片矩陣；(2)獲得目標(biāo)的原子矩陣和散射中心幅度向量；(3)獲得重構(gòu)目標(biāo)圖像；(4)將重構(gòu)目標(biāo)圖像投影到坐標(biāo)系生成目標(biāo)區(qū)域；(5)獲取坐標(biāo)向量；(6)對(duì)坐標(biāo)向量進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；(7)獲得最小外接矩形；(8)將最小外接矩形的尺寸值作為目標(biāo)幾何尺寸的估計(jì)值。本發(fā)明對(duì)靜止雷達(dá)觀測(cè)目標(biāo)普遍適用，同時(shí)本發(fā)明消除了由于噪聲而引起的負(fù)面影響，具體良好的噪聲穩(wěn)健性，提高了合成孔徑雷達(dá)SAR目標(biāo)幾何尺寸的估計(jì)精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及雷達(dá)目標(biāo)特征提取技術(shù)領(lǐng)域中的一種基于正交匹配追蹤算法OMP的合成孔徑雷達(dá)SAR(Synthetic Aperture Radar)目標(biāo)圖像幾何尺寸估計(jì)方法。本發(fā)明可用于提取雷達(dá)接收到的單幅圖像中某一靜止目標(biāo)的外層輪廓，利用提取的輪廓估計(jì)該靜止目標(biāo)的幾何尺寸。

背景技術(shù)

目標(biāo)的幾何尺寸特征是雷達(dá)目標(biāo)直觀的物理特征，對(duì)于高分辨雷達(dá)圖像目標(biāo)切片，估計(jì)其中靜止目標(biāo)的幾何尺寸在SAR圖像目標(biāo)鑒別和分類過程中具有重要的應(yīng)用意義。對(duì)于高分辨雷達(dá)圖像目標(biāo)的尺寸估計(jì)問題，實(shí)際得到的高分辨雷達(dá)圖像數(shù)據(jù)一般都受到目標(biāo)姿態(tài)敏感性和噪聲的影響，如何能從實(shí)際雷達(dá)目標(biāo)圖像中獲得準(zhǔn)確的目標(biāo)幾何尺寸信息是個(gè)很重要的研究課題。目前已有的高分辨雷達(dá)目標(biāo)物理尺寸估計(jì)方法有基于目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模型對(duì)空間錐體目標(biāo)估計(jì)物理幾何尺寸的。但這些估計(jì)方法需要知道目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)模型，不適用于靜止目標(biāo)。基于正交匹配追蹤算法OMP的雷達(dá)目標(biāo)圖像幾何尺寸估計(jì)方法不需要知道目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)模型就能獲得目標(biāo)的物理尺寸信息，并且基于正交匹配追蹤算法OMP的雷達(dá)目標(biāo)尺寸估計(jì)方法能夠?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)的去噪處理，消除噪聲對(duì)目標(biāo)尺寸估計(jì)的影響。

西安電子科技大學(xué)在其申請(qǐng)的專利文獻(xiàn)“基于激光一維距離像反演動(dòng)態(tài)錐形目標(biāo)姿態(tài)角和幾何尺寸”(專利申請(qǐng)?zhí)朇N201410188024.4，公開號(hào)CN103954969A)中提出了一種反演目標(biāo)幾何尺寸的方法。該方法的實(shí)現(xiàn)過程是：首先建立目標(biāo)的激光一維距離像模型，通過目標(biāo)一維距離像的成像特征，提取其峰值坐標(biāo)，作為特征矢量；設(shè)定遺傳參數(shù)和遺傳計(jì)算變量范圍，針對(duì)某一時(shí)刻的目標(biāo)進(jìn)行距離像采樣；根據(jù)一維距離像峰值大小、峰值點(diǎn)在入射方向的投影長度、以及雷達(dá)陣列的角度關(guān)系進(jìn)行遺傳計(jì)算然后取均值，根據(jù)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)模型反演得到目標(biāo)的幾何尺寸。該方法通過函數(shù)反演，能夠精確得到目標(biāo)的幾何形態(tài)特征。但是，該方法存在的不足之處是需要知道目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)模型，不適用于靜止目標(biāo)，所以該方法不能普遍適用。

中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所在其申請(qǐng)的專利文獻(xiàn)“一種SAR圖像艦船目標(biāo)幾何特征并行提取方法與裝置”(專利申請(qǐng)?zhí)朇N201710182152.1，申請(qǐng)公開號(hào)CN107103283A)中提出一種SAR圖像目標(biāo)幾何特征提取方法。該方法的實(shí)現(xiàn)過程是：生成像素在ROI內(nèi)的目標(biāo)原始坐標(biāo)，根據(jù)設(shè)定的閾值進(jìn)行目標(biāo)篩選；根據(jù)目標(biāo)坐標(biāo)偏移量和目標(biāo)原始坐標(biāo)，計(jì)算生成目標(biāo)偏移后坐標(biāo)；根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的旋轉(zhuǎn)步進(jìn)值和目標(biāo)偏移后坐標(biāo)，計(jì)算相應(yīng)旋轉(zhuǎn)角度下目標(biāo)在x軸上的投影長度；根據(jù)該投影長度，計(jì)算相應(yīng)旋轉(zhuǎn)角度下y軸上的投影長度，得到目標(biāo)尺寸特征。該方法存在的不足之處是，由于該方法在進(jìn)行目標(biāo)篩選時(shí)，直接根據(jù)設(shè)定的閾值將目標(biāo)和背景分開，無法消除噪聲對(duì)目標(biāo)幾何尺寸估計(jì)的影響，不具有噪聲穩(wěn)健性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出一種基于正交匹配追蹤算法OMP的合成孔徑雷達(dá)SAR目標(biāo)圖像幾何尺寸估計(jì)方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的思路是，利用正交匹配追蹤算法OMP在合成孔徑雷達(dá)SAR目標(biāo)圖像上獲取觀測(cè)目標(biāo)的重構(gòu)目標(biāo)二值圖像，根據(jù)外接矩形方法，在重構(gòu)目標(biāo)二值圖像上估計(jì)出觀測(cè)目標(biāo)的幾何尺寸，消除了噪聲在尺寸估計(jì)中的負(fù)面影響，提高了雷達(dá)目標(biāo)尺寸估計(jì)方法的噪聲穩(wěn)健性。同時(shí)本發(fā)明在圖像域?qū)δ繕?biāo)進(jìn)行尺寸估計(jì)，不需要知道目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)模型，具有普遍適用的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的具體步驟如下：

(1)選取一個(gè)只包含雷達(dá)觀測(cè)目標(biāo)的合成孔徑雷達(dá)SAR圖像中的一個(gè)切片矩陣；