基於圖像特徵的isar圖像幾何定標方法
2023-09-23 07:53:05
基於圖像特徵的isar圖像幾何定標方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於圖像特徵的ISAR圖像幾何定標方法，主要解決低信噪比圖像的幾何定標問題。其實現方案是：對雷達回波信號進行去平動分量處理得到處理後信號，計算瞬時斜距；對處理後信號依次進行距離向傅氏變換、Keystone變換和方位向傅氏變換，得到空域表達式；利用距離都卜勒方法對處理後信號進行成像得到兩幅圖像，並提取圖像的特徵點和信息描述符；對兩幅圖像進行特徵點匹配和錯誤點剔除，得到精確匹配的特徵點；結合空域表達式和精確匹配的特徵點依次構建位置坐標與轉角的幾何關係和代價函數，計算最終估計轉角和圖像的方位向解析度，完成幾何定標。本發明能對低信噪比圖像進行精確幾何定標，可用於旋轉目標的探測。
【專利說明】基於圖像特徵的ISAR圖像幾何定標方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於雷達【技術領域】，特別涉及逆合成孔徑雷達ISAR的定標方法，可用於旋轉目標的探測。
【背景技術】
[0002]逆合成孔徑雷達ISAR成像技術已被廣泛應用於包括目標成像以及目標幾何形態鑑定的民用和軍用領域，由於在微旋轉ISAR圖像中目標發生了姿態變化，會造成在成像和定標過程中的模糊和不精確，因此需要對目標的姿態變化進行檢測，再通過測定其旋轉角度來進行幾何定標。
[0003]在ISAR成像中，對於微旋轉的目標幾何定標方法而言，通常需要用到距離向解析度和方位向解析度，而距離向解析度可通過500MHz左右的帶寬雷達發射信號得到，方位向解析度可通過目標在航跡中姿態角度的精確估計得到。然而，對於目標在微旋轉後得到的雷達回波數據，如果估計的姿態角度不精確，就會造成ISAR成像的模糊和方位向解析度誤差大，從而造成錯誤的幾何定標。
[0004]為了解決這個問題，一些研究人員和學者提出了基於回波數據在時域和頻域上目標相關性的特性來處理的方法，其中包括利用回波子數據段的相干累積和合成陣列幹涉原理進行處理的方法以及利用卷積反投影、雙天線ISAR以及多天線ISAR等接收回波數據並處理每個子孔徑數據的成像結果，從而找出目標的旋轉角度的方法等。然而，在大部分情況下用於ISAR目標檢測的是單天線接收回波數據的雷達，並且直接利用回波數據的時域和頻域特性進行處理會造成計算量的增大和誤差率的增加，使得最終的轉角估計結果和幾何定標結果不理想。針對這個問題，William K.Pratt等人提出了利用圖像灰度信息的互相關性質找出子圖像像素相關性的方法。Srinivasa Reddy等人給出了一種基於變換域的圖像匹配方法，但是這類方法對觀測視角的變化敏感，主要是針對信噪比不高的ISAR圖像，不適用於具有不同觀測角度組成的低信噪比逆合成孔徑的雷達圖像。Zhen Xiong提出了一種基於圖像的特徵信息的方法，這種方法能夠很好地通過角點找出子圖像的相關特性，但是這種也不能很好地提取低信噪比ISAR圖像的特徵點，造成因提取的特徵點數目少而無法達到定標精度的不足。
[0005]以上方法都不能在低信噪比ISAR圖像的情況下，快速有效地進行圖像中ISAR目標的幾何定標。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在於針對上述已有技術的不足，提供一種基於圖像特徵的ISAR圖像定標方法，以在低信噪比情況下對ISAR回波數據進行高精度的幾何定標。
[0007]實現本發明目的的技術思路是:通過分析ISAR模型中回波信號特徵點的頻域與尺寸的幾何關係建立矩陣模型，再提取出ISAR圖像中變化明顯的特徵點用於有效的匹配，將這些有效匹配後的點進行轉角估計，由此得到高精度的轉角，從而利用這個精確的轉角實現ISAR目標的精確的幾何定標。其實現步驟包括如下:
[0008](I)對雷達接收的回波信號S進行去平動分量處理得到處理後回波信號為S'，計算處理後回波信號為S'中的瞬時斜距R(tm):
[0009]
【權利要求】
1.一種基於圖像特徵的ISAR圖像幾何定標方法，包括如下步驟: (1)對雷達接收的回波信號S進行去平動分量處理得到處理後回波信號為S'，計算處理後回波信號為S'中的瞬時斜距R(tm):
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述步驟(9)從匹配後的V對特徵點中剔除錯誤點，是先計算出每一對特徵點位置坐標的歐氏距離；再利用隨機採樣一致性方法，將位置坐標的歐氏距離小於等於距離閾值U=2.2的F對特徵點作為正確匹配的特徵點，0≤F≤V，反之為錯誤匹配的特徵點，予以剔除。
3.根據權利要求1所述的方法，其中步驟(10)所述的構建位置坐標和轉角0的幾何關係，按以下步驟進行: (IOa)計算第一幅圖像I1中第一個特徵點的位置坐標(?)與第二幅圖像I2中第一個特徵點的位置坐標&?)的坐標變換關係為:
4.根據權利要求1所述的方法，其中步驟(11)所述的構建代價函數W，按以下步驟進行: (Ila)對第一幅圖像I1中第k個特徵點的位置坐標和第二幅圖像I2中第k個特徵點的位置坐標 進行歸一化處理，得到歸一化位置坐標0U1)和(U); (Ilb)引入校正因子S1為:
【文檔編號】G01S13/90GK103616685SQ201310647712
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月4日 優先權日:2013年12月4日
【發明者】張磊, 許志偉, 邢孟道, 段佳, 徐剛 申請人:西安電子科技大學