[發明專利]用于水環境監測基于機理模型的對象辨識方法

在審

• 申請號: 202011556887.4
• 申請日: 2019-08-09
• 公開（公告）號: CN112632782A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 陳哲;徐立中;嚴錫君;周思源;張麗麗;黃晶
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06K9/62
• 代理公司: 杭州聚邦知識產權代理有限公司 33269
• 代理人: 彭友誼

本發明公開了一種用于水環境監測基于機理模型的對象辨識方法，依據水環境監測信息采集機理進行建模，并結合先驗對象屬性，針對水環境監測應用中的目標對象進行辨識的方法，實現對水氣界面、水體等復雜環境中對象的準確辨識。本發明方法根據距離強度關系規則及信道差關系規則構建信息采集過程中的機理模型，確定對象存在的候選區域；并通過機理模型衍生用于對象辨識的判決證據，結合先驗的對象屬性，在候選區域中提取對象典型性特征；在此基礎上，通過圖模型對對象典型性特征進行傳播，遍歷對象區域，實現對象的整體辨識。與現有技術相比，本發明能夠在水環境監測復雜環境中準確的辨識對象屬性，辨識準確性較高。

技術領域

本發明涉及一種用于水環境監測基于機理模型的對象辨識方法，屬于水環境監測技術領域。

背景技術

水環境監測場景迥異于常規監測場景，場景環境具有強衰減、高散射等特點，如，水-氣界面、水體環境等。在此條件下，采用被動方式進行信息采集難以獲取準確可靠的對象屬性信息，難以實現場景對象的準確辨識，進而無法為監測提供可靠的對象屬性關鍵因子。鑒于此，目前水環境監測所主要采用的信息采集手段以主動式信息采集為主，即通過外加人工信源補償用于傳輸介質中散射和衰減效應所導致的信息損失，以盡量獲取準確的對象輻照信息，有助于后端高質量的信息處理。

在外加人工信源采集對象信息的過程中所要服從的機理為：人工信源必然主動照準對象區域。這一機理形成了自然的判決證據：當確定照準區域時必然對應于較為粗略的對象區域，形成對象存在的候選區域。候選區域的形成，能夠明顯降低辨識所需要搜索的區域范圍并衍生出對象辨識的證據，將該證據與先驗的對象屬性相結合，能夠提取出對象典型性特征，依據這些特征有助于提高對象辨識的精度。

相比較，現有技術多采用基于背景建模或較為底層的特征進行對象辨識，這些技術手段，在傳輸介質較為穩定、穿透性較好且場景對象較為穩定的情況下能夠較為準確地辨識對象。然而，在水環境監測常面臨的強衰減、高散射且背景抖動、對象多變的困難條件下，現有方法難以實現有效的對象辨識結果。本質上，有別于本發明所公開技術，現有技術并沒有以水環境監測過程中信息采集的機理為出發點，沒有探究人工信源補償所衍生出的新穎的辨識證據，因此，無法獲取多證據綜合的對象典型性特征。這種對象典型性特征的提取機制是本發明公開技術有別于現有技術的最顯著性特點。

發明內容

發明目的：針對水環境監測場景中現有技術方法無法準確的提取對象特征，難以準確有效地實現對象辨識的問題，本發明對水環境監測信息采集過程中的機理進行建模，確定對象存在的候選區域；并通過機理模型衍生用于對象辨識的判決證據，結合先驗的對象屬性，在候選區域中提取對象典型性特征；在此基礎上，通過圖模型對對象典型性特征進行傳播，遍歷對象區域，實現對象的整體辨識。

技術方案：一種用于水環境監測基于機理模型的對象辨識方法，包括如下步驟：

(1)根據距離-強度關系規則及信道差關系規則建立水環境監測信息采集機理模型；其中，所述距離-強度關系規則為：在信源照準區域中任意點上的輻照強度與該點位置距離照準中心的距離成反比例關系；所述其中，信道差關系規則為：在信源照準區域中信道間強度相對平衡，信道強度差異明顯小于外圍非照準區域；

(2)根據上述建立的機理模型檢測信源照準，以確定對象存在的候選區域，并衍生出用于對象辨識的判決證據；

(3)在候選區域中，綜合機理模型所衍生出的判決證據以及先驗的對象屬性在候選區域中提取對象典型性特征；

(4)通過圖模型對對象典型性特征進行傳播，遍歷對象區域，實現對對象的整體辨識。

進一步地，步驟(1)中，機理模型建模所根據的兩種規則解析表達為：

距離-強度關系規則：量測局部區域中的點同該區域中輻照強度最大點間的歐式距離：