关键词:
探地雷达
奇异值分解
均值减法
小波阈值
二维自适应维纳滤波
行列方差
阈值分割
摘要:
随着我国城市建设的快速发展,车辆增多和人文活动的加剧会导致道路内部逐渐产生脱空、空洞或疏松等病害。严重影响道路运营寿命和人民的生命财产安全,需要及时发现和修复,在这方面探地雷达发挥着重要的作用。探地雷达(Ground Penetrating Radar,GPR)是一种通过发送高频电磁波信号,利用地下介质中物体或结构的反射、折射以及散射等特性来探测地下物体和结构的设备,由于其高效、高分辨率、低成本、无损等优势,被广泛应用于道路质量检测、矿藏勘探、军事侦察、考古研究等领域。由于其无损探测技术的特点,可将道路下方目标的回波信息呈现在雷达剖面图上,其中的空洞、脱空、疏松体等病害信息构成了探地雷达道路数据的感兴趣区域(Region of Interest,ROI)。本论文旨在研究探地雷达道路检测数据的直达波去除算法、噪声去除算法以及异常目标提取算法。具体工作内容如下:(1)针对探地雷达道路检测数据中直达波的强反射对目标提取方面的影响,本文采用均值减法和奇异值分解两种方法来去除直达波。考虑到探测环境的复杂多样性,将不同数据类型的实测数据进行处理来验证算法的可行性。实验结果表明,两种方法去除直达波的效果相似,但相比奇异值分解算法,均值减法可以更快地处理大量数据,并具备更高的实际应用价值。同时,我们还采用了增益调节的图像增强方法,以提高探地雷达弱目标信号的分辨率,并实现对处理后的目标振幅的恢复。(2)针对探地雷达道路检测数据中噪声对目标提取方面的影响,本文通过均值滤波、小波阈值和二维自适应维纳滤波来进行滤噪处理。为了改善小波阈值去噪算法对于噪声处理的缺陷,提出小波阈值结合二维自适应维纳滤波算法。小波阈值去噪适用于高频噪声,只针对于高频系数去噪,而忽略了低频系数也会包含于噪声,这样的结果会导致去噪的不彻底。小波阈值高频系数保持原有的处理方法,对小波阈值的低频系数采用二维自适应维纳滤波处理后,去噪的效果要更加明显,提高信噪比达到5.23d B。最后通过实测和仿真数据来验证算法的可行性。(3)针对人工识别目标效率低的问题,本文提出了一种基于行列方差提取异常目标算法。道路下方异常目标的判定通常采用人工的形式。针对海量数据的人工道路异常目标识别给一般人员的精力提出了不小的挑战。本算法是在行列方差算法的基础上加入阈值分割数据的方法并利用二分法算法思想找到目标位置,实现ROI的自动提取。提出的方法能有效地提取出多类型、多目标ROI位置信息,实验结果表明具有较高的准确率。该方法在提高探地雷达道路检测效率方面具有较大的应用潜力。