基于距离像的激光成像雷达地面目标识别方法技术

本发明专利技术提供一种基于距离像的激光成像雷达地面目标识别方法。技术方案包括下述步骤：第一步、噪声抑制，对激光成像雷达距离像进行滤波；第二步、距离像分割，通过计算不同分割方法的性能指标权重及综合评价，选择分割方法，根据分割边缘从激光成像雷达距离像中提取激光成像雷达地面目标距离像；第三步、特征提取与分类识别，对激光成像雷达地面目标距离像进行二维小波变换：提取奇异值作为特征，计算每个目标类别的D－S证据融合结果，判决待识别的激光成像雷达地面目标类别。本发明专利技术能够提高激光成像雷达地面目标识别的可靠性、稳健性和目标识别率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于雷达信号处理领域，涉及激光成像雷达体制下的距离像噪声抑制、距离像分割、特征提取和分类识别方法。
技术介绍
激光成像雷达可以同时获得目标的强度像和距离像，通过对目标进行四维成像大大提高了目标的信息量。激光成像雷达距离像是ー种深度图像，与目标表面的几何结构特性密切相关，反映了目标的本质特征，可以用来对目标进行分类识别。激光成像雷达能够全天候、全天时工作，不受气候、光照和环境等因素的影响；具有很高的角度分辨率和距离分辨率，而且激光波束窄、频率高、方向性强、相干性好，具有很强的抗干扰能力。激光成像雷达在遥感、航海、飞行器导航、直升机防撞、地理信息系统和机器人视觉等方面都有广阔的 应用前景，激光成像雷达地面目标识别方法是激光成像雷达系统的核心关键技木。目前激光成像雷达地面目标识别方法已成为国内外研究的热点问题，但在距离像噪声抑制、距离像分割、特征提取和分类识别等方面的研究还不完善。激光成像雷达地面目标距离像主要受到距离反常噪声的影响，目前通常采用空域、频域或小波域进行距离反常噪声抑制，虽然这些方法可以有效地抑制距离反常噪声，但是比较复杂，计算量很大，不能满足实时性需求；在进行噪声抑制吋，不可避免地导致距离像中信息的损失，不利于目标的特征提取和分类识别。目前针对激光成像雷达地面目标距离像分割的方法可以分为两大类基于边缘的方法和基于区域的方法。基于边缘的方法实时性较好，但是对噪声非常敏感，边缘定位精度较差，提取的边缘通常不能形成闭合且连通的边界。基于区域的方法主要包括区域生长方法、基于聚类的方法和基于阀值的方法。区域生长方法依赖于种子点的选择，容易受到噪声的影响，计算量较大。基于聚类的方法针对整个图像数据进行聚类，受噪声的影响较小，需要通过枚举法确定聚类簇的数目，计算量较大。基于阀值的方法利用阀值规则进行图像分害I]，能够形成闭合且连通的边界，计算量较小，需要合理地选取阈值。目前从激光成像雷达地面目标距离像中提取的特征包括①目标的长度、宽度、高度、周长和面积等几何特征；②矩形度、圆形度、形状描述子(微分链码、傅里叶描述子)等形状特征中心矩、Hu不变矩、线矩、Zernike矩、谱矩等矩特征。由于通常激光成像雷达地面目标距离像噪声抑制方法不能完全去除噪声，轻微噪声的存在影响这些特征的稳定性。目前激光成像雷达地面目标分类识别方法主要包括模式匹配分类、基于统计的模式分类、基于神经网络的模式分类、基于支持向量机的模式分类、基于模型的模式分类等。采用某一种激光成像雷达地面目标分类方法进行目标识别具有局限性，不能实现高可靠性的目标识另O。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对激光成像雷达体制尚不完善的距离像噪声抑制、距离像分害I]、特征提取和分类识别等问题，提供ー种，提高激光成像雷达地面目标识别的可靠性、稳健性和目标识别率。本专利技术的技术方案是，包括下述步骤第一歩、噪声抑制对激光成像雷达距离像的每个像素进行如下处理步骤ー设定3X3像素的小窗ロ Ws和5X5像素的大窗ロ Wb，令i，j分别表示激光成像雷达距离像的行和列，Xu为当前像素，计算在大窗ロ Wb内像素中值yb，将当前滤波窗ロ设置为小窗ロ Ws ；步骤ニ设定门限T2; 步骤三在当前滤波窗口内计算满足|xij-yb| < T2的像素数目Nnmial和满足Xij-Ybl ST2的像素数目 Nanomalous 步骤四如果在当前滤波窗口内Nnm^Nan-则当前滤波窗ロ设置为大窗ロWb;步骤五计算当前滤波窗ロ内像素中值ym ；步骤六设定门限T1和指数a，计算加权系数β 权利要求1.，其特征在于，包括下述步骤 第一歩、噪声抑制 对激光成像雷达距离像的每个像素进行如下处理 步骤ー设定3X3像素的小窗ロ Ws和5X5像素的大窗ロ Wb，令i，j分别表示激光成像雷达距离像的行和列，xu为当前像素，计算在大窗ロ Wb内像素中值yb，将当前滤波窗ロ设置为小窗ロ Ws ； 步骤ニ设定门限T2; 步骤三在当前滤波窗ロ内计算满足I Xij-Yb I < T2的像素数目Nntmal和满足Xij-Ybl ST2的像素数目 Nanomalous步骤四如果在当前滤波窗口内N_al〈N_mal()US，则当前滤波窗ロ设置为大窗ロ Wb ； 步骤五计算当前滤波窗ロ内像素中值ym ； 步骤六设定门限T1和指数α，计算加权系数β 全文摘要本专利技术提供一种。技术方案包括下述步骤第一步、噪声抑制，对激光成像雷达距离像进行滤波；第二步、距离像分割，通过计算不同分割方法的性能指标权重及综合评价，选择分割方法，根据分割边缘从激光成像雷达距离像中提取激光成像雷达地面目标距离像；第三步、特征提取与分类识别，对激光成像雷达地面目标距离像进行二维小波变换提取奇异值作为特征，计算每个目标类别的D－S证据融合结果，判决待识别的激光成像雷达地面目标类别。本专利技术能够提高激光成像雷达地面目标识别的可靠性、稳健性和目标识别率。文档编号G01S17/89GK102830404SQ201210308360公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月28日 优先权日2012年8月28日专利技术者马君国 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于距离像的激光成像雷达地面目标识别方法，其特征在于，包括下述步骤：第一步、噪声抑制：对激光成像雷达距离像的每个像素进行如下处理：步骤一：设定3×3像素的小窗口Ws和5×5像素的大窗口Wb，令i,j分别表示激光成像雷达距离像的行和列，xij为当前像素，计算在大窗口Wb内像素中值yb，将当前滤波窗口设置为小窗口Ws；步骤二：设定门限T2；步骤三：在当前滤波窗口内计算满足|xij？yb|＜T2的像素数目Nnormal和满足|xij？yb|≥T2的像素数目Nanomalous；步骤四：如果在当前滤波窗口内Nnormalβ=0|xij-ym|≤T1[|xij-ym|-T1T2-T1]αT1<|xij-ym|≤T21|xij-ym|>T2步骤七：计算当前像素的滤波结果yij＝(1？β)·xij+β·ym；第二步、距离像分割：步骤一：定义性能指标：①时间复杂度：从激光成像雷达距离像中分割地面目标所需的运算时间；②错分像素数目：将不属于地面目标的像素分割为属于地面目标的像素的数目；③漏分像素数目：将属于地面目标的像素分割为不属于地面目标的像素的 数目；④目标周长：从激光成像雷达距离像中分割的地面目标轮廓的像素数目；⑤空间复杂度：从激光成像雷达距离像中分割地面目标所需的存储空间；步骤二：分别基于Sobel算子、Canny算子、Roberts算子、Prewitt算子、Kirsch算子和拉普拉斯算子从激光成像雷达距离像中分割地面目标，令j表示分割方法序号，i表示性能指标序号，计算性能指标xij；步骤三：计算性能指标权重及综合评价：步骤①：设上述分割方法的数目为n个，每个分割方法的性能指标为m个，构造性能指标矩阵：其中，i＝1,2,…,m，j＝1,2,…,n；步骤②：令bench为地面目标轮廓周长的标准值，对Xij进行如下处理：得到归一化矩阵X′ij；步骤③：计算第i个性能指标下第j个分割方法的性能指标比重：pij=xij′Σj=1nxij′步骤④：计算第i个性能指标的熵:ei=-Σj=1npijlnpijmn步骤⑤：计算第i个性能指标的权重:wi=1-eiΣj=1m(1-ej)步骤⑥：计算性能指标的综合评价：Rj=Σi=1mwixij′步骤四：从基于Sobel算子、Canny算子、Roberts算子、Prewitt算子、Kirsch算子和拉普拉斯算子的六种分割方法中选择综合评价值Rj最大对应的分割方法，对激光成像雷达距离像进行地面目标分割，提取第一次分割目标边缘点；步骤五：分别基于区域生长方法、基于聚类的分割方法和基于阀值的分割方法从激光成像雷达距离像中分割地面目标，令j表示分割方法序号，i表示性能指标序号，计算性能指标xij；根据步骤三计算性能指标权重及综合评价。从三种分割方法中选择综合评价最高的分割方法，对激光成像雷达距离像进行地面目标分割，提取第二次分割目标边缘点；步骤六：应用基于边缘和区域相结合的分割方法从激光成像雷达距离像中分割地面目标：步骤①：设置3×3像素的窗口，如果第一次分割目标边缘点只在窗口内当前位置有边缘像素，第二次分割目标边缘点在窗口内没有边缘像素，则第一次分割目标边缘点当前位置的边缘像素是孤立存在的，不作为最后分割的目标边缘点。如果在当前像素的窗口内两次分割的目标边缘点重合，则将该重合的目 标边缘点作为最后分割的目标边缘点；步骤②：利用第二次分割目标边缘点对第一次分割的目标边缘点的断点进行补充，如果在当前像素的窗口内两次分割的目标边缘点不重合，第一次分割目标边缘点在窗口内没有边缘像素，第二次分割目标边缘点在窗口内有多个边缘像素，且当前位置是边缘像素，说明第一次分割的目标边缘点有断点，则将第二次分割的目标边缘点作为最后分割的目标边缘点；步骤③：如果在当前像素的窗口内两次分割的目标边缘点不重合，第一次分割目标边缘点在窗口内没有边缘像素，第二次分割目标边缘点在窗口内的多个边缘像素分布于当前位置两边，且当前位置不是边缘像素，则表明第二次分割的目标边缘点在当前位置有断点，将当前位置的像素作为最后分割的目标边缘点；步骤④：如果第一次分割目标边缘点在窗口内当前位置为边缘像素，且在窗口内有多个边缘像素，第二次分割目标边缘点在窗口内没有边缘像素，则表明第二次分割的目标边缘点在当前位置有断点，将第一次分割的目标边缘点作为最后分割的目标边缘点；步骤⑤：如果第一次分割目标边缘点在窗口内的多个边缘像素分布于当前位置两边...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马君国，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：