一種條帶狀地下目標的探測定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于熱物理學、自然地理、模式識別、遙感與信息處理的交叉領(lǐng)域，更具體 地，涉及一種條帶狀地下目標的探測定位的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 條帶狀地下目標是一種條帶狀的立體目標，包括人防工事、地下河流、地下隧道、 自然地下洞庫等等。山體中的隧道在民用中有著舉足輕重的地位，尤其是公路隧道與鐵路 隧道可以穿過山體，不僅大大縮短的道路的長度節(jié)省了人們在旅途中花費的時間，也降低 了修建盤山公路、鐵路所需要大量人力、物力，并且對于汽車來說，隧道的安全性遠遠大于 盤山公路的安全性。地下河流、自然地下洞窟的探測、發(fā)現(xiàn)能更好的保護自然資源。因此，有 必要開展山地環(huán)境中條帶狀地下目標探測、定位的研究。
[0003] 常規(guī)遙感探測僅實現(xiàn)地表上或水面上的條件對象，也有用于只受到空氣介質(zhì)衰減 的淺層目標信號探測過程;然而多重介質(zhì)較深層遙感探測面臨著目標信號受到空氣、固體、 水體介質(zhì)的多重衰減過程和介質(zhì)本身的特性以及空氣、固體、水體介質(zhì)的多重畸變過程。最 終信號變得十分微弱，用現(xiàn)有的常規(guī)方法根本無法探測到。條帶狀地下目標埋深通常有幾 十米上百米甚至幾百米，其信號經(jīng)過巖石土壤介質(zhì)調(diào)制表現(xiàn)出來，屬于深層的地下目標。
[0004] 目前，國內(nèi)外對條帶狀地下目標山地條帶狀設施探測的方法大都是實地人工探 測，缺乏遙感探測的有效手段，這種方法十分費時且需要大量的人力。部分使用紅外成像的 條帶狀地下目標探測技術(shù)，但大都是直接在紅外圖上進行人工判讀，簡單的地表干擾的濾 除，缺乏模型，不能獲得深度信息。國外利用機載中波和長波紅外線掃傳感器探測淺層地下 目標(如古墓）的研究，但是未見利用遙感圖像進行山地條件下的深度條帶狀地下目標(如 人防工事、地下河流、地下隧道、自然地下洞庫等）的相關(guān)報道。相應地，本領(lǐng)域亟需尋找一 種適用于山體背景熱輻射模型約束下對條帶狀地下目標進行探測定位的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或不足，本發(fā)明提出了一種條帶狀地下目標探測定位的 方法，克服了多時相紅外圖獲取困難的問題，解決了現(xiàn)有的只針對淺層目標探測定位和條 帶狀地下目標探測識別率低的問題。利用模擬仿真軟件和熱輻射理論基礎(chǔ)建立山體背景熱 輻射模型，在上述模型約束下對紅外遙感圖像進行背景濾波處理，在視覺上就是逐次揭開 地層，使條帶狀地下目標的輻射場逐步透明化。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種條帶狀地下目標探測定位的方法，其特征在 于，所述方法具體包括以下步驟：1、一種條帶狀地下目標的探測定位方法，其特征在于，所 述方法包括以下步驟：
[0007] (1)建立條帶狀地下目標所在的仿真山體背景熱輻射場；
[0008] (2)將所述仿真山體背景熱輻射場與目標所在山體紅外遙感圖進行線性映射，得 到山體背景熱輻射模型；
[0009] (3)利用步驟(2)得到的山體背景熱輻射模型，從目標所在山體紅外遙感圖中濾除 仿真山體背景熱輻射場，得到條帶狀地下目標信息場。
[0010] 作為進一步優(yōu)選的，所述步驟(1)具體包括：
[0011] (1.1)獲取條帶狀地下目標所在山體的海拔高度數(shù)據(jù)信息；
[0012] (1.2)根據(jù)步驟（1.1)的海拔高度數(shù)據(jù)信息，提取構(gòu)建山體的點的（x，y，z)三維坐 標，構(gòu)建山體仿真模型；
[0013] (1.3)對步驟(1.2)構(gòu)建的山體模型進行有限元自由網(wǎng)格劃分；
[0014] (1.4)對上述劃分后的山體模型進行載荷邊界條件的設置，根據(jù)山體的熱傳導率K 和山體-空氣的熱對流率Φ設置熱傳遞的參數(shù)，求解估計得到山體的溫度場分布，進而，對 山體的溫度場分布進行灰度圖映射和溫度分辨率調(diào)整，得到仿真山體背景熱輻射場。
[0015] 作為進一步優(yōu)選的，所述步驟(2)具體包括：
[0016] (2.1)對目標所在山體紅外遙感圖進行聚類分析，在每一類中依次進行仿真山體 背景熱輻射場與目標所在山體紅外遙感圖的線性映射；
[0017] (2.2)利用聚類分析后的目標所在山體紅外遙感圖每一類的灰度值對所述仿真山 體背景熱輻射場進行線性映射校正處理，得到山體背景熱輻射模型。
[0018] 作為進一步優(yōu)選的，所述對目標所在山體紅外遙感圖進行聚類分析，具體包括：
[0019] (2.1.1)選取目標所在山體紅外遙感圖的每個像素的(x，y，g)作為一個樣本，其中 (X，y)表示像素的行列坐標，g表示像素灰度值；
[0020] (2 · 1 · 2)計算所有樣本的距離比；
[0021] 其中，第i個樣本h的距離t s為樣本的個數(shù)，d〇表示兩個樣本 I. 的距離，i關(guān)j, j關(guān)u;
[0022] (2.1.3)選擇距離比1最小的樣本131作為第一個類心111 1，并置類的序號(1 = 1;
[0023] (2.1.4)對？=1，2，...，(1類，將131，1 = 1，2，...，8分配到離它最近的類，并更新類 心
n NP是第p類的樣本數(shù)，bpi表示第p類中第i個樣本；
[0024] (2.1.5)置q = q+l，若q大于k，則算法中止;否則繼續(xù)下一步;其中k表示將所述目 標所在山體紅外遙感圖總的類別劃分數(shù)目；
[0025] (2.1.6)選擇僅
義小的點bi作為下一個類心mq的最佳初始中心點，轉(zhuǎn)入 (2.1.4)。
[0026] 作為進一步優(yōu)選的，所述山體背景熱輻射模型0具體為：
[0027]
[0028] 其中，Oh為目標所在山體紅外遙感圖中每一類的最高亮度灰度值，〇1為目標所在山 體紅外遙感圖中每一類的最低亮度灰度值，I為仿真山體背景熱輻射場的灰度值，h為仿真 山體背景熱輻射場對應每一類所在區(qū)域的最低亮度灰度值，Ih為仿真山體背景熱輻射場對 應每一類所在區(qū)域的最高亮度灰度值。
[0029]作為進一步優(yōu)選的，所述步驟(3)具體包括：
[0030] (3.1)通過累積灰度直方圖統(tǒng)計后，初步濾除目標所在山體紅外遙感圖的強干擾 背景；
[0031] (3.2)利用步驟(2)得到的山體背景熱輻射模型，進一步濾除目標所在山體紅外遙 感圖的山體背景信息場，得到條帶狀地下目標信息場T(x，y，z，t)。
[0032] 作為進一步優(yōu)選的，所述步驟(3.1)具體包括：
[0033] 首先，估計目標所在山體紅外遙感圖中像素離散灰度級^的概率密度函數(shù)Pr(rk)， 有下式成立：
[0034]
[0035] 其中，r為像素灰度級，nk為目標所在山體紅外遙感圖中出現(xiàn)rk灰度的像素數(shù)，η為 目標所在山體紅外遙感圖中像素數(shù)總數(shù)，1為像素離散灰度級的總數(shù)目；
[0036] 進一步地，依次累計灰度直方圖，將滿足下式的^找出后并濾除，從而完成目標所 在山體紅外遙感圖強干擾背景的初步濾除：
[0037] Pr(r>rk) < P
[0038] 其中，P%為強干擾背景在目標所在山體紅外遙感圖中所占面積比。
[0039] 作為進一步優(yōu)選的，所述條帶狀地下目標信息場T(x，y，z，t)具體為：
[0040] T(x，y，z，t) ?BT(x，y，z，t)_k*0
[0041] 其中，BT(x，y，z，t)為某時刻t目標位置(x，y，z)的目標所在山體紅外遙感圖，0為 山體背景熱輻射模型