[發明專利]基于貝葉斯非負矩陣分解的GPR噪聲抑制方法及系統

在審

• 申請號: 202010565943.4
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111667435A
• 公開（公告）日: 2020-09-15
• 發明（設計）人: 原達;苗翠
• 申請（專利權）人: 山東工商學院
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06K9/62;G06K9/00;G06K9/40;G06K9/46;G06K9/54
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 祖之強

本公開提供了一種基于貝葉斯非負矩陣分解的GPR噪聲抑制方法及系統，數據圖像處理技術領域，具體方案為：對獲取的GPR圖像進行預處理，得到GPR圖像的水平梯度；采用貝葉斯概率方法對得到的GPR圖像的水平梯度進行非負矩陣分解，選取非負矩陣分解后的第一主成分作為噪聲進行去除；本公開的噪聲抑制的穩定性高，追求速度的同時獲得了較好的魯棒性，提取了探地雷達的水平梯度作為輸入而不是像素強度，獲得了更為有效的雜波抑制效果。

技術領域

本公開涉及圖像處理技術領域，特別涉及一種基于貝葉斯非負矩陣分解的GPR噪聲抑制方法及系統。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術，并不必然構成現有技術。

探地雷達(Ground Penetrating Radar，GPR)是一種常用的探地無損檢測技術，對于地下埋藏物及地下結構的探索具有廣泛的應用。然而，在實際的探測過程中，由于地下介質的復雜性以及探測環境的影響，往往會對測量結果造成一定的誤差，從而出現很高的虛警率，對有效準確的目標檢測帶來了挑戰。在采集到的探地雷達信號中，雜波可以定義為那些與目標散射特性無關但發生在同一采樣時間窗中且具有與目標波長相似的光譜特性的信號。絕大多數的高頻雜波反射高強度能量并掩蓋其他更重要的反射波的信號。其來源可能是由發射天線和接收天線之間的穿透以及天線和地面之間的多次反射引起的，地面特性阻抗的局部變化以及材料中包含的一組小反射源也會引起雜波。如何從復雜的GPR反射波中去除高頻雜波信號保留目標信號，是需要研究的重要課題。

本公開發明人發現，對于探地雷達信號的雜波處理問題，基于主成分分析(Principal Component Analysis，PCA)及魯棒主成分分析(Robust Principal ComponentAnalysis，RPCA)、奇異值分解(Singular Value Decomposition，SVD)和獨立成分分析(Independent component decomposition，ICA)等子空間技術往往表現出較好的性能，該類方法將GPR圖像分解為對應于雜波和目標的分量，將主分量作為雜波，其余成分作為目標信號來進行處理，但該類方法在GPR圖像含有多條雜波或多個目標信號的情況下雜波不能完全去除。

近兩年提出的形態學方法(Morphological Component Analysis，MCA)將GPR圖像的雜波和目標分量分別用曲波curvelet和非采樣離散小波變換(Unsampled DiscreteWavelet Transform，UDWT)字典稀疏表示來進行雜波抑制，雖然視覺效果表現不錯，但算法復雜度較高，處理速度不夠快；基于多分辨率的方法在GPR去雜波的處理中也取得了較好的效果，如多尺度雙邊濾波(Multiscale Directional Bilateral Filter，MDBF)借助于雜波和目標在反射波形中呈現出的幾何差異進行多方向多尺度的分解，集成經驗模式分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition，EEMD)將探地雷達信號分解為一系列模函數(Intrinsic Mode Functions，IMFs)并計算其置換熵(Permutation Entropy，PE)，通過設置相關閾值來進行噪聲和目標的區分，能有效提高目標的分辨率，不過圖像質量難以保證；基于徑向基函數(Radial Basis Function,RBF)神經網絡的方法也同樣被用于GPR圖像的雜波濾除，使用零偏移格林函數作為訓練數據的期望輸出，結果能提高探地雷達的垂直分辨率，但對于目標成分的保留不夠清晰。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本公開提供了一種基于貝葉斯非負矩陣分解的GPR噪聲抑制方法及系統，噪聲抑制的穩定性高，追求速度的同時獲得了較好的魯棒性，提取了探地雷達的水平梯度作為輸入而不是像素強度，獲得了更為有效的雜波抑制效果。

為了實現上述目的，本公開采用如下技術方案：

本公開第一方面提供了一種基于貝葉斯非負矩陣分解的GPR噪聲抑制方法。