【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及图像处理，尤其涉及一种探地雷达b-scan数据的双曲线提取与拟合方法及系统。
技术介绍
1、探地雷达(ground penetrating radar,gpr)作为一种广泛运用于多个学科领域的非破坏性检测技术，以其独特的电磁波探测和分析地下结构的能力而备受青睐。gpr依托其基本的工作原理——向地下发射电磁脉冲，并捕获反射信号，以解析和重建地下结构信息，为土木工程、考古学、军事侦察、道路维护和城市管理等多个领域提供了强大的技术支持。
2、在gpr的技术体系中，b-scan图像充当了一个至关重要的角色，展现了地下物体和结构的二维断面图。其中，横轴一般代表雷达天线在地面上的移动距离，纵轴代表地下深度或信号传播的时间延迟。典型的b-scan图像中，由于地下设施(如管道、缆线等)与电磁波的相互作用，往往呈现出一系列的双曲线形状的反射。这些双曲线特征的准确识别和提取成为定位和识别地下结构的关键。
3、尽管双曲线特征在多数应用中被认为是提取和识别地下目标的核心手段，但在实际操作中，诸多问题和挑战仍然待解。例如，探测过程中，由于地下介质的非均质性以及雷达波的多路径效应，双曲线反射信号常常被多种噪声所干扰。这些噪声源包括但不限于地下杂散反射、电子设备噪声、天气因素等。另一方面，现存的算法和模型在分析b-scan数据的过程中，常常需要投入大量的计算资源和时间，这在一定程度上限制了其在实时应用场景的性能表现。
4、此外，随着探地雷达技术在更多领域的拓展应用，比如复杂的城市地下管线探测或古文化遗址的无损
5、在实际的地质勘探、建筑工程和其他相关领域的应用中，由于各种原因，如外部环境的变化、探测设备的系统噪声、介质(如土壤、砂石等)的内部不均匀性以及电磁波与介质中的物体或障碍物的相互作用，使得探地雷达所获取的图像可能存在一定的噪声。这些噪声不仅可能影响图像的清晰度，还可能导致对图像中的目标物体或障碍物的误判。因此，如何自动处理这些带有噪声的探地雷达图像，并从中准确、高效地提取出特定的形状，特别是双曲线形状(这是许多埋在地下的物体，如管道、隧道等，所呈现出的典型特征)，成为了科研和实际应用中的一大挑战。
6、综上所述，探地雷达b-scan数据中双曲线特征的准确提取在保证检测精度和推动gpr技术在各领域的应用上具有至关重要的意义。而目前的相关技术和方法尚存在一系列的不足和问题，亟需一种更高效、精确和鲁棒的解决方案。因此，如何在识别、提取和分析b-scan数据中的双曲线特征方面做出创新和改进，以满足日益复杂多变的应用需求，成为该领域的研究热点和技术难点。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种探地雷达b-scan数据的双曲线提取与拟合方法及系统，解决现有技术中方法与模型仍存在处理效率、算法准确度、模型的通用性和稳定性等方面的限制和不足的问题。
2、为解决上述专利技术目的，本专利技术提供的技术方案如下：一种探地雷达b-scan数据的双曲线提取与拟合方法，其特征在于，步骤包括：
3、s1、获取包含目标物体在内的探地雷达b-scan图像，对探地雷达b-scan图像进行预处理，获得处理后图像；
4、s2、对处理后图像上的点进行聚类分析，获得处理后图像上不同的点簇；
5、s3、提取处理后图像上具有双曲线特性的点簇；
6、s4、通过拟合算法，对具有双曲线特性的点簇进行拟合处理，获得经过提取和拟合的双曲线信息，基于双曲线信息得到目标物体的位置和形态。
7、可选地，步骤s1中，获取探地雷达b-scan图像，对探地雷达b-scan图像进行预处理，获得处理后图像，包括：
8、获取探地雷达b-scan图像；
9、通过阈值算法对探地雷达b-scan图像进行二值化处理，获得二值图像；
10、通过高斯滤波算法对二值图像进行去噪，获得处理后图像。
11、可选地，步骤s2中，对处理后图像上的点进行聚类分析，获得处理后图像上不同的点簇，包括：
12、获取处理后图像中的所有点；
13、通过开放扫描聚类算法，对处理后图像中的所有点进行聚类分析，获得处理后图像上的不同的点簇。
14、可选地，通过开放扫描聚类算法，对处理后图像中的所有点进行聚类分析，获得处理后图像上的不同的点簇，包括：
15、初始化一个聚类类别；
16、对处理后图像中的每一行的点段进行遍历检索并存储，将所有点段的类别标签初始化为0，开口信息初始化为开口向下；
17、对所有点段进行聚类类别判定，获得判定结果；
18、根据判定结果，输出带有分类信息的图像，分类信息包括：开口信息和类别标签。
19、可选地，对所有点段进行聚类类别判定，获得判定结果，包括：
20、对于每一个点段，检索点段上下行相邻的点段，并对点段进行开口方向判断；
21、如果点段向上开口，则标记向上开口；
22、如果点段向下开口，则对标记情况进行判断：
23、若点段同时被标记为了向上开口，则判定为交叉的情形，需要向上检索找到点段上方标记为向上开口的相邻点段进行删除，直到检索到向下开口的点段为止；将检索停止位置左上方点段的类别标签和开口标记，分配给所述点段右下方点段；将检索停止位置右上方点段的类别标签和开口标记，分配给所述点段左下方点段；
24、若点段仅为向下开口，则对点段标记聚类类别，记录点段的开口方位，并找到长度小于等于点段的相邻点段分配给聚类类别，并开启一个新的聚类类别；
25、如果点段的下方有一个相邻点段并且没有类别标签，则将点段的类别标签和开口情况分配给相邻点段；
26、如果点段的下方没有相邻点段且点段的开口向上，则向上检索找到点段的上方标记为向上开口的相邻点段进行删除，直到检索到向下开口的点段为止；
27、记录开放区域；其中，开放区域为检测到的向下开口的宽度信息。
28、可选地，步骤s3中，提取处理后图像上具有双曲线特性的点簇，包括：
29、获取聚类过程中属于同一类别的点的集合，对于每个点的集合{(xi，yi)|1≤i≤n}，通过下述公式(1)的抛物线公式进行拟合:
30、
31、使得最小化，其中，x为点的横坐标，y为点的纵坐标；a0是抛物线的常数项系数，a1是抛物线的一次项系数，a2是抛物线的二次项系数，是拟合抛物线的预测值；
32、预设筛选条件，根据筛选条件结合公式(1)，提取处理后图像上的具有双曲线特性的点簇。
33、可选地，筛选条件，包括：
34、抛物线的开口方向必须是向下的；
35、抛物线的中线必须位于开放扫描聚类算法确定的开放区域内。...
【技术保护点】
1.一种探地雷达B-SCAN数据的双曲线提取与拟合方法，其特征在于，方法步骤包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，获取包含目标物体在内的探地雷达B-scan图像，对所述探地雷达B-scan图像进行预处理，获得处理后图像，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，对所述处理后图像上的所有点进行聚类分析，获得所述处理后图像上不同的点簇，包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述通过开放扫描聚类算法，对处理后图像中的所有点进行聚类分析，获得所述处理后图像上的不同的点簇，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对所有点段进行聚类类别判定，获得判定结果，包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中，提取所述处理后图像上具有双曲线特性的点簇，包括：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述筛选条件，包括：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤S4中，通过拟合算法，对所述具有双曲线特性的点簇进行
9.一种探地雷达B-SCAN数据的双曲线提取与拟合系统，其特征在于，所述系统用于如权利要求1～8任意一项所述的探地雷达B-SCAN数据的双曲线提取与拟合方法，所述系统包括：
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述图像预处理模块，用于获取探地雷达B-scan图像；
...【技术特征摘要】
1.一种探地雷达b-scan数据的双曲线提取与拟合方法，其特征在于，方法步骤包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s1中，获取包含目标物体在内的探地雷达b-scan图像，对所述探地雷达b-scan图像进行预处理，获得处理后图像，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤s2中，对所述处理后图像上的所有点进行聚类分析，获得所述处理后图像上不同的点簇，包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述通过开放扫描聚类算法，对处理后图像中的所有点进行聚类分析，获得所述处理后图像上的不同的点簇，包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述对所有点段进行聚类类别判定，获得判定结果，包括：
<...【专利技术属性】
技术研发人员：刘克会，王艳霞，邓楠，徐栋，刘欢，
申请(专利权)人：北京市科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。