一种基于图像域模板匹配的雷达航迹起始方法技术

一种基于图像域模板匹配的雷达航迹起始方法，本发明专利技术涉及图像处理和目标数据处理领域。本发明专利技术的目的是为了解决现有的模板匹配法在强杂波的背景下存在算法计算量大，处理时间长，无法满足航迹起始对于实时性的要求的问题，以及航迹起始处理结果虚警率高，正确率低的问题。过程为：一：得到带有圈数标记的点迹数据；二：得到包含雷达的三圈点迹数据；三：得到雷达单层图像矩阵；四：得到多维图像矩阵；五：直至含有雷达的三圈点迹数据；六：进行匹配，如成功则保存结果，如失败则舍弃；判断是否框选完毕，如果没有则执行五；如果完毕，判断是否全部滑窗完成，如果没有则执行二；如果有，则结束。本发明专利技术用于雷达航迹起始领域。

A method of radar track initiation based on template matching in image domain

The invention relates to a radar track initiation method based on template matching of image domain, which relates to image processing and target data processing field. The purpose of the invention is to solve the existing template matching method in the strong clutter background has large amount of computation, the processing time is long, can not meet the requirements for real-time track initiation problem, and track processing results of high false alarm rate, the problem of low accuracy. The process is: A: get point data with ring number marking; 2: 3 punctuate the trace data including radar; 3: radar images of matrix; 4: multi-dimensional image matrix; 5: until the radar track data containing 3 6: punctuate; matching, such as power save results. If the failure is abandon; determine whether frame selection is completed, if there is no execution; if completed, determine whether the complete sliding window, if not the implementation of the second; if there is, then the end. The invention is used in the field of radar track initiation.

【技术实现步骤摘要】
一种基于图像域模板匹配的雷达航迹起始方法
本专利技术涉及图像处理和目标数据处理领域。
技术介绍
航迹起始是目标跟踪领域首先要解决的问题，是航迹维持的前提。航迹起始算法的正确率与复杂度，直接影响整个目标跟踪过程。然而由于雷达本身性能的限制和各种外界环境因素的影响，会造成丢点和目标间相互纠缠、覆盖等问题。这些问题进一步加大了航迹起始的难度。传统的航迹起始方法在轻杂波、单一目标的条件下处理情况较好，而当在强杂波背景下或多目标甚至交叉航迹的情况下，处理性能急剧下降。就传统的模板匹配法而言，在强杂波的背景下，算法计算量大，处理时间长，无法满足航迹起始对于实时性的要求，而且航迹起始处理结果虚警率高，正确率低。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有的模板匹配法在强杂波的背景下存在算法计算量大，处理时间长，无法满足航迹起始对于实时性的要求的问题，以及航迹起始处理结果虚警率高，正确率低的问题，而提出一种基于图像域模板匹配的雷达航迹起始方法。一种基于图像域模板匹配的雷达航迹起始方法具体过程为：步骤一：对雷达原始点迹数据进行圈数标记，得到带有圈数标记的点迹数据；构造匹配模版，匹配模版包括目标最大速度Vmax、目标最小速度Vmin、目标最大加速度amax、目标最大偏角ThetaMax、目标最大距离比RRatio_max、目标最小距离比RRatio_min、目标信噪比阈值SNRthr、目标距离跨度阈值Rangthr；步骤二：对步骤一得到的带有圈数标记的点迹数据中的第k到k+2圈的数据进行滑窗取值，判断第k到k+2圈的数据是否包含雷达的三圈点迹数据，如果包含雷达的三圈点迹数据，则执行步骤三；如果不包含雷达的三圈点迹数据，则从步骤一得到的带有圈数标记的点迹数据中的k+1到k+3圈的数据进行滑窗取值，判断第k+1到k+3圈的数据是否包含雷达的三圈点迹数据，直至得到包含雷达的三圈点迹数据；步骤三：对步骤二得到的雷达的三圈点迹数据的分辨单元大小、位置信息、圈数信息(点迹数据的圈数标记为圈数信息)进行像素化处理，得到像素化处理后的雷达单层图像矩阵；步骤四：根据步骤二得到的雷达的三圈点迹数据的坐标层、时间层、RGB-R层、RGB-G层、RGB-B层、索引号标记层，对步骤三得到的雷达单层图像矩阵进行图像多层化处理，得到包含三圈点迹数据的坐标层、时间层、RGB-R层、RGB-G层、RGB-B层、索引号标记层的三维图像矩阵；所述坐标层包括极角和极径；步骤五：对步骤四得到的三维图像矩阵进行正方形区域框选，判断当前得到框选区域内的图像矩阵是否含有雷达的三圈点迹数据，如果含有雷达的三圈点迹数据，对框选区域内的图像矩阵进行点迹关联，得到M种关联点迹图像，M取值为正整数，则执行步骤六；如果不含有雷达的三圈点迹数据，则将正方形框选区域移动一个像素，重新判断当前得到框选区域内的图像矩阵是否含有雷达的三圈点迹数据，直至含有雷达的三圈点迹数据；步骤六：将步骤五得到的M种关联点迹图像中的速度V、加速度a、偏角Theta、距离比RRatio、步骤四得到的三维图像矩阵查找信噪比SNR、距离跨度Rang与步骤一中构造的匹配模版中的目标最大速度Vmax、目标最小速度Vmin、目标最大加速度amax、目标最大偏角ThetaMax，目标最大距离比RRatio_max、目标最小距离比RRatio_min、目标信噪比阈值SNRthr、目标距离跨度阈值Rangthr进行匹配，如匹配成功则保存结果，即为雷达航迹起始点；如匹配失败则舍弃；判断步骤二得到的雷达的三圈点迹数据是否框选完毕，如果没有框选完毕，则执行步骤五；如果框选完毕，判断步骤一得到带有圈数标记的点迹数据是否全部滑窗完成，如果没有滑窗完毕，则执行步骤二；如果滑窗完毕，则结束。本专利技术的有益效果为：本专利技术研究了一种基于图像域模板匹配的雷达航迹起始方法，创新性地提出了将数字图像处理技术应用于目标跟跟踪领域。利用目标预筛选与区域框选思想，在强杂波的背景下，减小算法计算量，缩短航迹起始的处理时间，满足航迹起始对于实时性的要求，提高航迹起始处理结果的正确率，降低虚警率，有很大的工程应用价值。该项目的研究对我国国防的可靠性以及提前预警均有重要意义。1、本专利技术首次将图像处理用于解决航迹起始维持问题，简化了算法设计，减小算法计算量，缩短航迹起始的处理时间，满足航迹起始对于实时性的要求，具有一定的算法优越性，能实现多目标与交叉航迹的检测，适合在杂波背景下对真实航迹进行起始与跟踪。2、本专利技术创新性地提出了用图像区域框选的方法，大大减小计算量，在实时处理中有很大的优越性，降低了实验的成本，系统的自适应性较强。3、本专利技术结合特征提取的尺度不变性，提取的特征对旋转、尺度缩放变化保持不变性，对视角变化、仿射变换、噪声也保持一定程度的稳定性。4、实测数据处理结果表明：本专利技术提出的基于图像处理的模板匹配法准确度高、实时性好，提高了航迹起始处理结果的正确率，降低了虚警率，即是在强杂波环境下也有很好的效果，具有很强的实际应用价值。如表1及图6a、6b、7a、7b实验仿真图，从仿真数据实验结果图可以看出，利用一种基于图像域模板匹配的雷达航迹起始方法在轻杂波背景下起始跟踪航迹，能达到漏警率和虚警率均达到0％，效果较为理想。如表2及图8a、图8b的轻杂波区域实测数据实验；从实测数据实验结果图可以看出，利用一种基于图像域模板匹配的雷达航迹起始方法在轻杂波背景下起始跟踪航迹，能达到漏警率和虚警率均达到0％，效果较为理想。如表2及图9a、9b的重杂波区域实测数据实验；从实测数据实验结果图可以看出，利用一种基于图像域模板匹配的雷达航迹起始方法在重杂波背景下起始跟踪航迹，漏警率和虚警率均能控制在2％以内，滤波效果很好。附图说明图1为本专利技术涉及的一种基于图像域模板匹配的雷达航迹起始方法的流程图；图2为一种基于图像域模板匹配的雷达航迹起始方法的详细处理的步骤流程图；图3为本专利技术步骤三图像像素化过程的原始点迹分布、delta划分、像素化处理结果流程图；图4为本专利技术步骤四信息分层化过程的流程图；图5为本专利技术步骤五、六详细处理的流程图；图6a为原始点迹图在轻杂波背景下对仿真数据进行航迹起始的效果图；图6b为本专利技术处理结果图在轻杂波背景下对仿真数据进行航迹起始的效果图；图7a为本专利技术原始点迹图在重杂波背景下对仿真数据进行航迹起始的效果图；图7b为本专利技术处理结果图在重杂波背景下对仿真数据进行航迹起始的效果图；图8a为本专利技术原始点迹图在轻杂波背景下对实测数据进行航迹起始的效果图；图8b为本专利技术处理结果图在轻杂波背景下对实测数据进行航迹起始的效果图；图9a为本专利技术原始点迹图在重杂波背景下对实测数据进行航迹起始的效果图；图9b为本专利技术处理结果图在重杂波背景下对实测数据进行航迹起始的效果图。具体实施方式具体实施方式一：结合图1、图2说明本实施方式，本实施方式的一种基于图像域模板匹配的雷达航迹起始方法具体过程为：步骤一：对雷达原始点迹数据进行圈数标记，得到带有圈数标记的点迹数据；构造匹配模版，匹配模版包括目标最大速度Vmax、目标最小速度Vmin、目标最大加速度amax、目标最大偏角ThetaMax、目标最大距离比RRatio_max、目标最小距离比RRatio_min、目标信噪比阈值SNRt本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于图像域模板匹配的雷达航迹起始方法，其特征在于：所述方法具体过程为：步骤一：对雷达原始点迹数据进行圈数标记，得到带有圈数标记的点迹数据；构造匹配模版，匹配模版包括目标最大速度Vmax、目标最小速度Vmin、目标最大加速度amax、目标最大偏角ThetaMax，目标最大距离比RRatio_max、目标最小距离比RRatio_min、目标信噪比阈值SNRthr、目标距离跨度阈值Rangthr；步骤二：对步骤一得到的带有圈数标记的点迹数据中的第k到k+2圈的数据进行滑窗取值，判断第k到k+2圈的数据是否包含雷达的三圈点迹数据，如果包含雷达的三圈点迹数据，则执行步骤三；如果不包含雷达的三圈点迹数据，则从步骤一得到的带有圈数标记的点迹数据中的k+1到k+3圈的数据进行滑窗取值，判断第k+1到k+3圈的数据是否包含雷达的三圈点迹数据，直至得到包含雷达的三圈点迹数据；步骤三：对步骤二得到的雷达的三圈点迹数据的分辨单元大小、位置信息、圈数信息进行像素化处理，得到像素化处理后的雷达单层图像矩阵；步骤四：根据步骤二得到的雷达的三圈点迹数据的坐标层、时间层、RGB‑R层、RGB‑G层、RGB‑B层、索引号标记层，对步骤三得到的雷达单层图像矩阵进行图像多层化处理，得到包含三圈点迹数据的坐标层、时间层、RGB‑R层、RGB‑G层、RGB‑B层、索引号标记层的三维图像矩阵；步骤五：对步骤四得到的三维图像矩阵进行正方形区域框选，判断当前得到框选区域内的图像矩阵是否含有雷达的三圈点迹数据，如果含有雷达的三圈点迹数据，对框选区域内的图像矩阵进行点迹关联，得到M种关联点迹图像，M取值为正整数，则执行步骤六；如果不含有雷达的三圈点迹数据，则将正方形框选区域移动一个像素，重新判断当前得到框选区域内的图像矩阵是否含有雷达的三圈点迹数据，直至含有雷达的三圈点迹数据；步骤六：将步骤五得到的M种关联点迹图像中的速度V、加速度a、偏角Theta、距离比RRatio、步骤四得到的三维图像矩阵查找信噪比SNR、距离跨度Rang与步骤一中构造的匹配模版中的目标最大速度Vmax、目标最小速度Vmin、目标最大加速度amax、目标最大偏角ThetaMax，目标最大距离比RRatio_max、目标最小距离比RRatio_min、目标信噪比阈值SNRthr、目标距离跨度阈值Rangthr进行匹配，如匹配成功则保存结果，即为雷达航迹起始点；如匹配失败则舍弃；判断步骤二得到的雷达的三圈点迹数据是否框选完毕，如果没有框选完毕，则执行步骤五；如果框选完毕，判断步骤一得到带有圈数标记的点迹数据是否全部滑窗完成，如果没有滑窗完毕，则执行步骤二；如果滑窗完毕，则结束。...

【技术特征摘要】
1.一种基于图像域模板匹配的雷达航迹起始方法，其特征在于：所述方法具体过程为：步骤一：对雷达原始点迹数据进行圈数标记，得到带有圈数标记的点迹数据；构造匹配模版，匹配模版包括目标最大速度Vmax、目标最小速度Vmin、目标最大加速度amax、目标最大偏角ThetaMax，目标最大距离比RRatio_max、目标最小距离比RRatio_min、目标信噪比阈值SNRthr、目标距离跨度阈值Rangthr；步骤二：对步骤一得到的带有圈数标记的点迹数据中的第k到k+2圈的数据进行滑窗取值，判断第k到k+2圈的数据是否包含雷达的三圈点迹数据，如果包含雷达的三圈点迹数据，则执行步骤三；如果不包含雷达的三圈点迹数据，则从步骤一得到的带有圈数标记的点迹数据中的k+1到k+3圈的数据进行滑窗取值，判断第k+1到k+3圈的数据是否包含雷达的三圈点迹数据，直至得到包含雷达的三圈点迹数据；步骤三：对步骤二得到的雷达的三圈点迹数据的分辨单元大小、位置信息、圈数信息进行像素化处理，得到像素化处理后的雷达单层图像矩阵；步骤四：根据步骤二得到的雷达的三圈点迹数据的坐标层、时间层、RGB-R层、RGB-G层、RGB-B层、索引号标记层，对步骤三得到的雷达单层图像矩阵进行图像多层化处理，得到包含三圈点迹数据的坐标层、时间层、RGB-R层、RGB-G层、RGB-B层、索引号标记层的三维图像矩阵；步骤五：对步骤四得到的三维图像矩阵进行正方形区域框选，判断当前得到框选区域内的图像矩阵是否含有雷达的三圈点迹数据，如果含有雷达的三圈点迹数据，对框选区域内的图像矩阵进行点迹关联，得到M种关联点迹图像，M取值为正整数，则执行步骤六；如果不含有雷达的三圈点迹数据，则将正方形框选区域移动一个像素，重新判断当前得到框选区域内的图像矩阵是否含有雷达的三圈点迹数据，直至含有雷达的三圈点迹数据；步骤六：将步骤五得到的M种关联点迹图像中的速度V、加速度a、偏角Theta、距离比RRatio、步骤四得到的三维图像矩阵查找信噪比SNR、距离跨度Rang与步骤一中构造的匹配模版中的目标最大速度Vmax、目标最小速度Vmin、目标最大加速度amax、目标最大偏角ThetaMax，目标最大距离比RRatio_max、目标最小距离比RRatio_min、目标信噪比阈值SNRthr、目标距离跨度阈值Rangthr进行匹配，如匹配成功则保存结果，即为雷达航迹起始点；如匹配失败则舍弃；判断步骤二得到的雷达的三圈点迹数据是否框选完毕，如果没有框选完毕，则执行步骤五；如果框选完毕，判断步骤一得到带有圈数标记的点迹数据是否全部滑窗完成，如果没有滑窗完毕，则执行步骤二；如果滑窗完毕，则结束。2.根据权利要求1所述一种基于图像域模板匹配的雷达航迹起始方法，其特征在于：所述步骤一中的具体过程包括以下步骤：步骤一一、雷达原始点迹数据包含索引号、时间、极角、极径、信噪比、距离跨度信息；首先根据所有雷达原始点迹数据的时间信息进行圈数标记；式中，tagi为雷达原始点迹中第i个点迹数据的圈数信息，timei为雷达原始点迹中第i个点迹数据的时间，timemin为雷达原始点迹中时间信息的最小值，T为雷达扫描周期；i取值为正整数；步骤一二、通过设置约束条件构造匹配模版，其中约束条件包括目标最大速度Vmax、目标最小速度Vmin、目标最大加速度amax、目标最大偏角ThetaMax，目标最大距离比RRatio_max、目标最小距离比RRatio_min、目标信噪比阈值SNRthr、目标距离跨度阈值Rangthr；目标最大速度400≤Vmax≤600，单位为m/s；目标最小速度50≤Vmin≤200，单位为m/s；目标最大加速度0≤amax≤10，单位为m/s2；目标最大偏角135≤ThetaMax≤180，单位为度；目标最大距离比1.2≤RRatio_max≤1.6；目标最小距离比0.5≤RRatio_min≤0.7；目标信噪比阈值0≤SNRthr≤35；目标距离跨度阈值75≤Rangthr≤300，单...

【专利技术属性】
技术研发人员：张云，化青龙，李宏博，穆慧琳，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23