一種基於閾值分割的道路病害定位方法
2023-09-22 04:46:45 1
一種基於閾值分割的道路病害定位方法
【專利摘要】本發明提供一種基於閾值分割的道路病害定位方法，該方法以探地雷達數據為基礎，首先對B掃描得到的雷達數據，通過卡爾曼濾波去除噪聲。在去噪的過程中，要對數據進行延拓，並通過不斷迭代預測方程和卡爾曼增益，得到去噪後的雷達數據。通過均值濾波和信號減損得到平滑後的雷達數據。通過閾值分割獲取病害位置，當分割結果在一定範圍內時，認為是同一病害，計算同一病害的區域位置，實現道路病害的定位。本發明具有適應性強、實現簡單、計算速度快的特點。
【專利說明】一種基於閾值分割的道路病害定位方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於計算機數字圖像處理領域，算法以探地雷達數據為基礎，採用閾值分 割的方法，實現道路病害的定位。
【背景技術】
[0002] 探地雷達向地下發送脈衝形式的高頻寬帶電磁波，一部分經發射天線直接到達接 收天線形成耦合波；經發射天線發射後遇空氣與路面分界面後未進入地下而直接反射回 來被接收天線接收，形成直達波，耦合波和直達波常常被合稱直耦波，常常用來判斷時間零 點，作為地下目標體深度的判斷參考依據，另一部分電磁波進入地下，在地下介質中傳播， 當遇到存在電性差異的地下目標體（如空洞、水囊及疏鬆等）或不同介質界面時，電磁波便 產生反射，反射電磁波返回到地面時由接收天線所接收。接收信號經過採集、處理、存儲，就 成為包含有地下介質信息的探地雷達數據。
[0003] 閾值分割是圖像處理的基本問題，在圖像分析和識別中起著重要作用。其目的是 按照灰度級，將圖像空間劃分成與現實景物相對應的一些有意義的區域。探地雷達數據可 以看成是一類特殊的圖像，因此也可以用閾值分割的方法處理雷達數據。找到通用的分割 算法是一件困難的事情，這是因為一方面分割結果的好壞在很大程度上取決於數據本身的 質量，當數據的質量較差如受到噪聲幹擾時，分割結果就會比較差，而雷達數據的獲取、傳 輸過程中不可避免的要受到噪聲的幹擾。這就需要首先對數據進行濾波，去除存在於雷達 數據中的噪聲，再利用閾值分割，實現病害區域的識別和定位。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是根據探地雷達數據的特點，以探地雷達數據為基礎，採用卡爾曼 濾波和均值濾波對原始數據進行預處理並去除幹擾信號，然後再利用閾值獲取病害位置信 肩、。
[0005] 本方法按照以下步驟對探地雷達數據進行卡爾曼濾波：
[0006] 步驟（A1):對雷達數據 D(i'，j'），i' = 1，2,......，n_k，j' = 1，2,......，m_k 的 邊界進行延拓，其中k是延拓範圍，延拓後的雷達數據D(i, j)，i = 1，2,......，n，j = 1，2,......, m ；
[0007] 步驟（Α2):設系統預測矩陣分別為P(i，j)，Pl(i，j)，初始為零矩陣，系統預測方 程 Pl(i，j) = a2XP(i-l，j)+b2XP(i，j-l)+c2XP(i-l，j-l)+Q，其中 a，b，c 是亮度係數，通 常a+b+c = 1，Q是隨機噪聲信號N1 (i，j)的方差；
[0008] 步驟（A3):通過系統預測方程，得到卡爾曼增益
【權利要求】
1. 一種基於閾值分割的道路病害定位方法，該方法以探地雷達數據為基礎，採用卡爾 曼濾波和均值濾波對原始數據進行預處理並去除幹擾信號，然後再利用閾值獲取病害位置 信息，在對原始數據進行預處理的過程中，首先採用二維卡爾曼濾波去除背景噪聲，具體步 驟如下： 步驟（Al):對雷達數據D(i'，j'），i' = 1，2,......，n-k,j' = 1，2,......，m_k的邊界進 行延拓，其中k是延拓範圍，延拓後的雷達數據D(i,j)，i= 1，2,......，n，j= 1，2,......，m; 步驟（A2):設系統預測矩陣分別為P(i，j)，Pl(i，j)，初始為零矩陣，系統預測方程Pl(i，j) =a2XP(i-l，j)+b2XP(i，j-l)+c2XP(i-l，j-l)+Q，其中a，b，c是亮度係數，通常 a+b+c= 1，Q是隨機噪聲信號NI(i，j)的方差； 步驟（A3):通過系統預測方程，得到卡爾曼增益
*其中h是輸 入係數，決定濾波的帶通大小，R是隨機噪聲信號N2(i，j)的方差，然後再更新系統預測方 程，P(i，j) =Pl(i，j)_hXKgXPl(i，j); 步驟（A4):得到濾波後雷達數據T(i，j) =aXT(i-l，j)+bXT(i，j-l)+cXT(i-l，j-1 )+Kg(i，j)X(Z(i，j)-aXhXT(i_l，j)_bXhXT(i，j-l)-cXhXT(i-l，j-1))，其中Z(i，j) =hXD(i，j)+N2(i，j)。
2. 通過權利要求I所述方法，可以去除雷達數據採集過程中的部分噪聲，再對得到的 雷達數據T作均值濾波，使數據連續且平滑，再通過指數減損，去除由於信號疊加產生的假 信號，依次含有以下步驟： 步驟（BI):設均值濾波窗口寬度為wXw，濾波後得到的雷達數據為T' ； 步驟（B2):對雷達數據T'進行指數減損，減損後的數據T" =T'XE，其中E= [e"e2,…，en]，ejj) =e2(j)=…=en(j) =aJ,j= 1，2,......，m,aG(〇,I)。
3. 通過權利要求2所述方法，得到減損後的雷達數據為T"，再將大於閾值的數據保存 下來，減損周圍一定範圍內數據，逐步確定所有大於閾值的病害位置，具體步驟如下： 步驟（Cl):設定閾值入，窗口寬度為T，從雷達數據第一個位置開始掃描，當T" (i，j) > 入max(T")時，T" (k"j) = 0,其中Ic1 = 1，2,…，n，j=j-T，j-T+1，… ，j-1，j+1，j+2,…，j+T，T" (i+k2,j) = 0,其中k2 = -j+1，-j+2,…，-1，1，2,…，m-j; 步驟（C2):對於得到的一系列大於閾值的數據T" (i，j)，依據相鄰數據之間的距離判 斷是否是同一病害，當距離Dt =j「j2<2XT時，將數據T" (Uj1)與T" (i2，j2)合併 為同一病害； 步驟（C3):當道路病害的數據識別完成以後，再設雷達數據道間距為d，雷達波波速 為v，時間窗為Tw，道路病害範圍Rx=d(ib-ia)，
，其中T" (ia，ja)與 T" (ib，jb)分別為某一病害對角方向兩端的邊緣數據。
【文檔編號】G06T5/10GK104268839SQ201410514242
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月29日 優先權日:2014年9月29日
【發明者】喬旭, 紀宛君, 夏雲海, 楊峰 申請人:中國礦業大學(北京)