利用双时相探测定位山体中地下建筑的背景滤波方法技术

本发明专利技术公开了一种利用双时相探测定位山体中地下建筑的背景滤波方法。包括红外图像滤波预处理、对红外图像取其像素灰度值的低位进行地下建筑的粗检测和“剥洋葱”算法寻优精确检测三步骤，通过获取白天和晚上的双时相红外图，将晚上红外图作为背景场，首先对白天红外图进行双边滤波处理去除噪声，再进行聚类分析，检测出疑似目标区域，对疑似目标区域利用基于邻近像素的截位算法处理粗略检测出地下建筑区域，将粗检测的地下建筑面积作为寻优准则，对疑似目标区分段进行背景滤除，利用“剥洋葱”算法一层层揭开该区域的山体，直至最大程度精确检测出地下建筑。本发明专利技术避免了多时相红外图获取困难的问题，能准确地检测出深层地下建筑。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于自然地理、热物理学和信息处理交叉的
，更具体地，涉及一种利用双时相探测定位山体中地下建筑的背景滤波方法。
技术介绍
近年来，由于各种地下资源、矿产资源和地下水需要，修建大量的地下建筑，地下建筑探测技术受到广泛关注。各种各样的地下建筑是分布式的，具有热辐射，不同于背景的热源，地下的资源温度高于/低于山体背景，认为是地下热源/冷源。常规遥感探测仅实现地表上或水面上的条件对象，仅仅适用于浅层的目标信号只受到空气介质的衰减的探测过程；然而多重介质深层遥感探测面临着目标信号受到空气、固体和水体介质的多重衰减过程，介质本身的特性以及空气、固体和水体介质的多重畸变过程。最终信号变得十分微弱，用现有的常规方法根本无法探测到。目前，对地下建筑的探测主要集中在浅层目标、小尺度地下热源目标和浅层目标多时相图像下的目标，对深层目标(埋深＞10m)探测的研究较少。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种利用双时相探测定位山体中地下建筑的背景滤波方法，避免了多时相红外图获取困难的问题，能准确地检测出深层地下建筑。为实现上述目的，本专利技术提供了一种利用双时相探测定位山体中地下建筑的背景滤波方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)获取包含地下建筑的昼夜双时相红外图；(2)对昼间红外图取其像素灰度值的低比特位进行地下建筑的粗检测，得到疑似目标区域的面积；进一步包括如下步骤：(2-1)对昼间红外图进行双边滤波，去除噪声；(2-2)对双边滤波后的昼间红外图进行大尺度聚类分析，检测出疑似目标区域；(2-3)对疑似目标区域进行基于邻近像素的截位处理，得到疑似目标区域的面积；(3)对疑似目标区域分段进行背景滤除，得到地下建筑的热辐射场，调节地下建筑的热辐射场的面积，使其最接近疑似目标区域的面积，实现对地下建筑的检测定位。优选地，所述步骤(2-2)进一步包括如下步骤：(2-2-1)将双边滤波后的昼间红外图划分为多个多边形区域，将每个多边形区域的灰度均值作为一个样本块；(2-2-2)计算所有样本块的距离比；其中，第i个样本块bi的距离比s为样本块的个数，d()表示两个样本块的距离；(2-2-3)令类的序号q＝1，选择距离比最小的样本块作为第一个类的类心m1；(2-2-4)将所有样本块分配到所有q个类中离其最近的类，并更新所有q个类的类心，其中，第k个类的类心为k＝1，…，q，Nk是第k个类的样本数，bkj表示第k个类的第j个样本块；(2-2-5)令q＝q+1，判断q是否大于2，是则将第一个类和第二个类中灰度值较大者对应的图形区域作为疑似目标区域，否则顺序执行步骤(2-2-6)：(2-2-6)获取使最小的样本块，将其作为第q个类的类心，返回步骤(2-2-4)。优选地，所述步骤(2-3)中，用大小为w*h的窗口遍历疑似目标区域，对窗口内的像素灰度值做相互与运算，根据与运算结果，对疑似目标区域的像素重新赋值，得到地下建筑的边缘区域，统计该区域内的像素个数，得到疑似目标区域的面积。优选地，地下建筑的热辐射场为：(x,y,z,t)=BT(x,y,z,t)∑l=1nklEl,]]>其中，kl为地下建筑所在山体晚上红外图的疑似目标区域的第l个海拔段的权重系数，El表示地下建筑所在山体晚上红外图的疑似目标区域的第l个海拔段的灰度均值，n为地下建筑所在山体晚上红外图的疑似目标区域的海拔段数量，BT(x，y，z，t)为地下建筑所在山体白天红外图，(x，y，z)为空间坐标，t为时间；通过调整kl的值，调节地下建筑的热辐射场的面积。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：包括红外图像滤波预处理、对红外图像取其像素灰度值的低位进行地下建筑的粗检测和“剥洋葱”算法寻优精确检测三步骤，通过获取白天和晚上的双时相红外图，将晚上红外图作为背景场，首先对白天红外图进行双边滤波处理去除噪声，再进行聚类分析，检测出疑似目标区域，对疑似目标区域利用基于邻近像素的截位算法处理粗略检测出地下建筑区域，将粗检测的地下建筑面积作为寻优准则，对疑似目标区分段进行背景滤除，利用“剥洋葱”算法一层层揭开该区域的山体，直至最大程度精确检测出地下建筑。本专利技术利用双时相红外图实现探测定位，避免了多时相红外图获取困难的问题，能准确地检测出深层地下建筑。附图说明图1是本专利技术实施例的利用双时相探测定位山体中地下建筑的背景滤波方法流程图；图2是喻家山晚上红外图；图3是喻家山白天红外图；图4是喻家山地下设施的结构示意图；图5是喻家山白天红外图目标块探测结果与真实地下建筑位置对比；图6是喻家山白天阳面/阴面红外图像样本块灰度分布图，其中，(a)为阳面，(b)为阴面；图7是基于邻近像素的截位处理后的喻家山白天目标区域检测结果；图8是喻家山白天目标区域标记结果；图9是对疑似目标区域分段进行背景滤除示意图；图10是“剥洋葱”算法逐层“揭开”地层的结果；图11目标区域面积寻优检测结果。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。如图1所示，以喻家山为例进行说明，本专利技术实施例的利用双时相探测定位山体中地下建筑的背景滤波方法包括如下步骤：(1)获取包含地下建筑的昼夜双时相红外图；如图2所示，是喻家山晚上红外图；如图3所示，是喻家山白天红外图。在该区域的喻家山下，有地下设施，其结构示意图如图4所示。(2)对昼间红外图取其像素灰度值的低比特位进行地下建筑的粗检测，得到疑似目标区域的面积。进一步包括如下步骤：(2-1)对昼间红外图进行双边滤波，去除噪声。双边滤波是一种可以保边去噪的滤波器，之所以可以达到此去噪效果，是因为滤波器是由两个函数构成，一个函数是由几何空间距离决定滤波器系数，另一个由像素差值决定滤波器系数。双边滤波器中，输出像素的值依赖于邻域像素的值的加权组合，权重系数w(i，j，k，l)取决于定义域核和值域核的乘积(i,j,k,l)exp(-(i-k)2+(j-l)22&s本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用双时相探测定位山体中地下建筑的背景滤波方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)获取包含地下建筑的昼夜双时相红外图；(2)对昼间红外图取其像素灰度值的低比特位进行地下建筑的粗检测，得到疑似目标区域的面积；进一步包括如下步骤：(2‑1)对昼间红外图进行双边滤波，去除噪声；(2‑2)对双边滤波后的昼间红外图进行大尺度聚类分析，检测出疑似目标区域；(2‑3)对疑似目标区域进行基于邻近像素的截位处理，得到疑似目标区域的面积；(3)对疑似目标区域分段进行背景滤除，得到地下建筑的热辐射场，调节地下建筑的热辐射场的面积，使其最接近疑似目标区域的面积，实现对地下建筑的检测定位。

【技术特征摘要】
1.一种利用双时相探测定位山体中地下建筑的背景滤波方法，其特征
在于，包括如下步骤：
(1)获取包含地下建筑的昼夜双时相红外图；
(2)对昼间红外图取其像素灰度值的低比特位进行地下建筑的粗检
测，得到疑似目标区域的面积；
进一步包括如下步骤：
(2-1)对昼间红外图进行双边滤波，去除噪声；
(2-2)对双边滤波后的昼间红外图进行大尺度聚类分析，检测出疑似
目标区域；
(2-3)对疑似目标区域进行基于邻近像素的截位处理，得到疑似目标
区域的面积；
(3)对疑似目标区域分段进行背景滤除，得到地下建筑的热辐射场，
调节地下建筑的热辐射场的面积，使其最接近疑似目标区域的面积，实现
对地下建筑的检测定位。
2.如权利要求1所述的利用双时相探测定位山体中地下建筑的背景滤
波方法，其特征在于，所述步骤(2-2)进一步包括如下步骤：
(2-2-1)将双边滤波后的昼间红外图划分为多个多边形区域，将每个
多边形区域的灰度均值作为一个样本块；
(2-2-2)计算所有样本块的距离比；
其中，第i个样本块bi的距离比s为样本块的个数，
d()表示两个样本块的距离；
(2-2-3)令类的序号q＝1，选择距离比最小的样本块作为第一个类的

\t类心m1；
(2-2-4)将所有样本块分配到所有q个类中离其最近的类，并更新所有
q个类的类心，其中，第k个类的类心...

【专利技术属性】
技术研发人员：张天序，马文绚，曹少平，郝龙伟，黄正华，杨柳，孙向东，江碧涛，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42