【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及磁异常探测，更具体的说，本专利技术涉及一种基于压缩感知的掩埋目标磁成像探测识别方法及系统。
技术介绍
1、电磁探测技术作为一种成熟的技术手段，在非接触性金属目标探测领域有着广泛的应用，如车辆轨迹识别、军火弹药搜排等。特别是在军事领域，对于未爆炸弹(uxo)等掩埋目标的探测与识别，电磁探测技术显示出其独特的优势。然而，现有技术在实际应用中仍存在一些亟待解决的问题。
2、首先，传统的电磁探测方法通常依赖人工手持探测设备或者军犬进行搜排，这些方法存在稳定性差的问题。由于信号的采集对环境条件要求较高，原始信号的失真和缺失将严重影响探测结果的准确性，这限制了其在复杂环境下的高效推广。其次，传统扫测方法在重现扫测点的精准度上存在不足。由于传感器精度的限制，为了减少误差，需要保持扫测轨迹间距尽可能小，这不仅增加了工作量，也难以量化探测效果，导致探测成本较高。
3、针对上述问题，压缩感知(compressed sensing,cs)技术提供了一种新的解决方案。压缩感知理论指出，对于稀疏信号，可以通过较少的线性测量值精确重建原始信号，这大大减少了数据采集时间和存储空间的需求。未爆弹等掩埋目标的磁异信号特征符合压缩感知技术的前置条件，因此可以利用压缩感知技术有效提高搜排效果。
4、然而，现有技术在面向掩埋目标基于压缩感知的磁成图效果和插值精度方面仍有待提高。在对未爆弹等掩埋目标的实际测量过程中，由于环境的复杂性，不可避免地会引入较多噪声，导致基于压缩感知的磁成像的质量较低，且面向压缩感知的稀疏信号重
5、因此，亟需开发一种克服上述缺陷的基于压缩感知的掩埋目标磁成像探测识别方法。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种基于压缩感知的掩埋目标磁成像探测识别方法。该方法通过在无人机或水下机器人等载体上搭载光泵磁力计，采用预设矩形航行扫测目标区域的方法，获取磁信号稀疏采集轨迹，完成探测目标扫测图像的重建，并引入磁信号图像处理技术与压缩感知技术结合，磁信号图像处理技术主要利用磁异常探测原理对目标进行处理分析,可有效标注图像磁异常区域，从而实现对探测目标的准确定位，提升稀疏扫测磁图的质量与精度。本专利技术充分利用了两种技术的优势：压缩感知降低了数据采集成本，磁信号处理提高了重建图像的质量和分辨率。通过上述方法可有效提高掩埋目标稀疏扫测磁图的质量与精度，实现对掩埋目标的高效磁成像探测，同时可规避人员伤亡等重大风险，节约人力物力成本，利于广泛应用。
2、为达上述目的，本专利技术提供一种基于压缩感知的掩埋目标磁成像探测识别方法，包括：
3、低维度测量数据获取步骤：对目标图像进行测量,获取压缩后的低维度测量数据；
4、初始稀疏图像重建步骤：基于所述低维度测量数据进行压缩感知重建，获得初始稀疏重建图像；
5、磁信号图像处理步骤：基于所述初始稀疏重建图像进行磁信号图像处理，获取稀疏扫测磁图。
6、进一步地，所述磁信号图像处理步骤具体包括：
7、磁化数据插值步骤：获取磁化率数据，基于所述磁化率数据识别所述初始稀疏重建图像中的异常区域，通过插值算法对所述初始稀疏重建图像中的异常区域进行校正，获取第一初始稀疏重建图像；
8、补充反演步骤：获取所述目标区域的静态磁噪声分布，基于所述静态磁噪声分布通过移动平均滤波算法，对所述第一初始稀疏重建图像的失真区域进行校正，获取第二初始稀疏重建图像；
9、图像滤波步骤：基于所述第二初始稀疏重建图像，进行图像滤波处理，获取所述稀疏扫测磁图。
10、进一步地，所述低维度测量数据获取步骤具体包括：
11、将磁传感器搭载于测量载体，采用高斯随机测量矩阵对所述目标区域进行稀疏测线扫测，获得压缩后的低维度测量数据，测量方程如下：
12、y＝φx
13、其中，x为待重建的图像向量，φ为m×n阶的高斯随机测量矩阵，y为m×1压缩后的低维度测量数据，m<<n。
14、进一步地，所述初始稀疏图像重建步骤具体包括：
15、基于约束最优化的迭代重建算法，构建基追踪模型，将所述压缩后的低维度测量数据进行压缩感知重建，所述基追踪模型如下：
16、minx1subjecttoy＝φx
17、其中，‖x‖1为l1范数，用于促进解的稀疏性；
18、基于匹配追踪算法对所述基追踪模型进行求解，具体的，将单个信号看作由字典空间rm×n中元素线性组合而成，迭代过程中从所述字典空间rm×n中选取与残差分量r的相差行最大的列：
19、
20、其中，φλ表示矩阵φ的第λ列，rk-1为前序残差分量，λk作为新的系数增加到原始信号索引集中后更新：
21、
22、
23、其中，rk为更新后的残差分量，<rk-1,ψλk>为补充信息，xk为初始稀疏重建图像；
24、多次迭代，残差分量r的范数小于设定阈值后，所述匹配追踪算法终止，获取初始稀疏重建图像。
25、进一步地，所述磁化数据插值步骤具体包括：
26、获取目标区域的磁化率数据，基于目标区域的磁化率数据进行统计分析，确定至少一阈值，用于区分背景噪声和实际的磁异常信号；
27、识别所述初始稀疏重建图像中的异常区域，通过插值算法对所述初始稀疏重建图像中的异常区域进行校正，多次迭代，以不断优化所述插值算法的插值结果，获取第一初始稀疏重建图像。
28、进一步地，所述补充反演步骤具体包括：
29、测量目标区域的磁场分布，基于所述目标区域的磁场分布通过双光泵阵列对消方法测量目标区域的静态磁噪声，获取目标区域的静态磁噪声分布；
30、基于所述静态磁噪声分布通过移动平均滤波算法，对所述第一初始稀疏重建图像的失真区域进行校正，获取所述第二初始稀疏重建图像，所述移动平均滤波算法方程表示为：
31、
32、其中，y[k]为第二初始稀疏重建图像，m为信号序列中测量的组数，x[k]为不同组数图像信号。
33、进一步地，所述图像滤波步骤具体包括：
34、基于所述第二初始稀疏重建图像，进行图像滤波处理，获取所述稀疏扫测磁图；
35、具体的，选用自适应滤波器，自适应滤波算法方程如下：
36、
37、其中，n(i)为稀疏扫测磁图，ω为以像素为中心的邻域，v(j)为邻域像素对应灰度值，w(i,j)为计算像素间相似性的权重函数。
38、本专利技术提供一种基于压缩感知的掩埋目标磁成像探测识别系统，应用上述基于压缩感知的掩埋目标磁成像探测识别方法，包括：
39、低维度测量数据获取模块：用于对目标区域进行测量，获取压缩后的低维度测量数据；
40、初始稀疏图像重建模块：用于基于所述低维本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于压缩感知的掩埋目标磁成像探测识别方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述基于压缩感知的掩埋目标磁成像探测识别方法，其特征在于，所述磁信号图像处理步骤具体包括：
3.根据权利要求2所述基于压缩感知的掩埋目标磁成像探测识别方法，其特征在于，所述低维度测量数据获取步骤具体包括：
4.根据权利要求3所述基于压缩感知的掩埋目标磁成像探测识别方法，其特征在于，所述初始稀疏图像重建步骤具体包括：
5.根据权利要求4所述基于压缩感知的掩埋目标磁成像探测识别方法，其特征在于，所述磁化数据插值步骤具体包括：
6.根据权利要求5所述基于压缩感知的掩埋目标磁成像探测识别方法，其特征在于，所述补充反演步骤具体包括：
7.根据权利要求5所述基于压缩感知的掩埋目标磁成像探测识别方法，其特征在于，所述图像滤波步骤具体包括：
8.一种基于压缩感知的掩埋目标磁成像探测识别系统，其特征在于，应用上述权利要求1-7中任一项所述的基于压缩感知的掩埋目标磁成像探测识别方法，包括：
9.一种电子设备，包括存储器
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述基于压缩感知的掩埋目标磁成像探测识别方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于压缩感知的掩埋目标磁成像探测识别方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述基于压缩感知的掩埋目标磁成像探测识别方法，其特征在于，所述磁信号图像处理步骤具体包括：
3.根据权利要求2所述基于压缩感知的掩埋目标磁成像探测识别方法，其特征在于，所述低维度测量数据获取步骤具体包括：
4.根据权利要求3所述基于压缩感知的掩埋目标磁成像探测识别方法，其特征在于，所述初始稀疏图像重建步骤具体包括：
5.根据权利要求4所述基于压缩感知的掩埋目标磁成像探测识别方法，其特征在于，所述磁化数据插值步骤具体包括：
6.根据权利要求5所述基于压缩感知的掩埋目标磁成像探测识别方法，其特征在于，所述补充反演步骤具体包括...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈莹，顾坤鹏，蒋泽坤，高俊奇，李晓梦，
申请(专利权)人：青岛哈尔滨工程大学创新发展中心，
类型：发明
国别省市：
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