一种基于图像熵递减收敛的探地雷达杂波抑制方法

摘要

一种基于图像熵递减收敛的探地雷达杂波抑制方法，其主要步骤为：1)对探地雷达B-scan图水平方向的每一道接收信号作短时傅立叶变换，求取幅度值和相位值；对所有道信号傅氏变换后的幅度值作取均值操作，并用每道信号傅氏变换后的幅度值减去该均值幅度；2)将第1步获得的对应于每道信号的幅度值作为幅值，结合第1步傅氏变换求得的相位值，进行逆短时傅立叶变换；3)经过步骤1和步骤2处理后得到初次处理结果；4)重复步骤1和步骤2，每次迭代所得到的结果与初次处理结果进行自适应加权，直到加权结果使得图像熵收敛迭代结束。本发明可以得到高质量的杂波抑制效果。

说明书

技术领域

本发明属于探地雷达成像技术领域，探地雷达主要应用在市政建设、资源勘查、水利建设以及考古等相关领域。

背景技术

探地雷达利用一个发射天线发射高频宽频带电磁波，并通过另一个天线接收来自介质界面的反射波。当电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度及波形、相位等随所穿越介质的电磁特性及几何形态而变化。因此，通过检测回波时间、幅度、相位等参量，解译出目标深度、介质特性及结构等信息。在数据可视化上，可运用数字图像的恢复与重建技术，对地下目标进行成像处理，以期达到对地下目标真实和直观的显示效果。

探地雷达成像结果的性能指标受杂波的影响很大，所以杂波抑制处理非常重要。杂波的有效抑制是成像、检测、目标识别等成功应用的根本保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于图像熵递减收敛的探地雷达杂波抑制方法。

为实现上述目的，本发明提供的基于图像熵递减收敛的探地雷达杂波抑制方法，其主要步骤为：

1)对探地雷达B-scan图水平方向的每一道接收信号作短时傅立叶变换，求取幅度值和相位值；对所有道信号傅氏变换后的幅度值作取均值操作，并用每道信号傅氏变换后的幅度值减去该均值幅度；

2)将第1步获得的对应于每道信号的幅度值作为幅值，结合第1步傅氏变换求得的相位值，进行逆短时傅立叶变换；

3)经过步骤1和步骤2处理后得到初次处理结果；

4)重复步骤1和步骤2所得到的结果与初次处理结果进行自适应加权，直到加权结果使得图像熵收敛迭代结束。

其中，步骤4中图像熵的定义是：设x_ij为N×M图像中的像素点，

其中，步骤4中加权的迭代权重，初次处理的权重是以后每次处理的权重是l_p是第p次迭代后的图像熵，l₀是初次处理后的图像熵。

本发明能获得高目标分辨率的杂波抑制效果，同时能在杂波抑制过程中保留弱小目标。

附图说明

图1为滑动短时傅利叶变换的幅度加权均值相减；

图2为均值相将减后保留原相位的逆短时傅立叶变换；

图3为本发明自适应加权杂波抑制的框图；

图4为原始接收到的B-scan图；

图5为本发明杂波抑制后的B-scan图；

图6为使用本方法得到的杂波抑制效果示意图。

具体实施方式

本发明的技术方案是：

(1)该方法水平方向上使用滑动短时傅利叶变换的幅度加权均值相减：傅利叶变换的幅度与时延无关，可以对抗随机起伏的地面情况；

(2)将(1)中相减处理的结果作为新幅度值，原信号短时傅立叶变换后的相位值作为新相位值，然后作逆短时傅立叶变换处理。

(3)将(1)和(2)的处理统称为TRIP处理。原始B-scan做TRIP处理后得到的结果称之为初次处理结果。

(4)初次处理结果中保留大量的弱目标信息，将初次结果与每次迭代TRIP处理后的结果做自适应加权。

(5)其中(4)的自适应权重是：次处理的权重是每次TRIR后的权重是其中l_p是第p次迭代后的图像熵，l₀是初次处理后的图像熵。

(6)以图像熵(表征目标分辨率)为判据，当其收敛时，迭代停止。

实验结果表明弱目标能被很好地保留，而且杂波抑制效果以及弱目标分辨率比传统方法明显提高。

下面将结合附图对本发明加以详细说明，应指出的是，描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

本发明研制出基于在对探地雷达时域信号作TRIP处理后，将初次TRIP处理结果与每次迭代作TRIP处理得到的结果进行自适应加权，当图像熵收敛时迭代处理结束。此时，弱目标信息得以保留，杂波得到明显抑制。

如图1所示，对每一道接收信号做短时傅立叶变换，然后进行求取幅度值和相位值。为了对抗随机起伏地表带来的误差，暂时不考虑相位值。求所有短时傅立叶结果在相应点幅度的平均值。所有各道信号上的幅度值减去该平均值。

如图2所示，以幅度均值相减结果为新幅度值，以原信号短时傅立叶变换的相位作为新相位值，然后作逆短时傅立叶变换，这样输出结果的杂波能量会得到衰减。

如图3所示，将原始B-scan做一次TRIP后得到初次处理结果，此后每次TRIP结果与初次处理结果进行自适应加权，直到加权结果使得图像熵收敛。

如图4所示为自适应加权方法的框图，每次得到加权结果后求其图像熵P。接着，用P去更新的权值，初次处理的权值是1-P/I，做TRIP后结果的权值是P/I(I是初次处理结果的图像熵值)。

图5为接收到的原始的B-scan图像，目标被杂波淹没。

图6为使用本方法得到的杂波抑制效果。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。