[发明专利]一种基于互信息的探地雷达数据配准方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机数字图像处理领域，针对探地雷达数据的特点，以互信息最大为条件，实现探地雷达数据的配准。 

背景技术

探地雷达向地下发送脉冲形式的高频宽带电磁波，一部分经发射天线直接到达接收天线形成耦合波；经发射天线发射后遇空气与路面分界面后未进入地下而直接反射回来被接收天线接收，形成直达波，耦合波和直达波常常被合称直耦波，常常用来判断时间零点，作为地下目标体深度的判断参考依据，另一部分电磁波进入地下，在地下介质中传播，当遇到存在电性差异的地下目标体(如空洞、水囊及疏松等)或不同媒质界面时，电磁波便产生反射，反射电磁波返回到地面时由接收天线所接收。 

图像的配准是计算机数字图像领域中的重要技术，同一个仪器从不同角度、不同位置拍摄的两幅图像，由于拍摄条件不同，每幅图像只反映某些方面的特征。要将这两幅图像一起分析，就要将其中的一张做移动和旋转，使它与另一幅对齐。这一对齐过程就是配准过程。保持不动的叫做参照图像，做变换的叫做变换图像。数字图像的配准技术也可以应用到探地雷达数据的处理之中。通过比较不同时间段获取的同一位置的雷达数据，我们就可以发现这一位置地下介质的变化情况。 

发明内容

本发明的目的是根据探地雷达数据的特点，以互信息最大为条件，实现探地雷达数据的配准。本方法按照以下步骤进行探地雷达数据变换： 

步骤(A1)：对于雷达数据D(i,j)，i＝1,2,……,n，j＝1,2,……,m，我们将其按照位移方向进行分块，分块之后得到的一维信号为S_j(i)＝D(i,j)，i＝1,2,……,n，j＝1,2,……,m； 

步骤(A2)：一维信号S_j，通过线性插值调整缩放尺度，由于雷达回波在地下反射速度的变化通常不超过一倍，尤其在参考信号选自于干燥天气的雷达数据时，缩放尺度可以用缩放后一维信号的长度i表示，取值范围i＝1,2,……,n-1,n,n+1,……,2n； 

步骤(A3)：对于一维信号S_j(i)，元素编号取值范围i＝1,2,……,k,……,N，令于是有放缩后的信号 通过以上线性插值，可以实现一维雷达回波信号的放大和收缩。 

雷达数据配准的具体步骤如下： 

步骤(B1)：首先需要设定雷达参照数据D_r(i,j)，同样采取分块的办法，按照位移方向进行分块，分块之后得到的一维信号为R_j(i)＝D_r(i,j)，i＝1,2,……,n，j＝1,2,……,m； 

步骤(B2)：由于放缩后的信号S′_j长度为N，参照信号R_j长度为n，因此需要将两个信号的长度统一，我们取ξ＝min{n,N}作为信号统一的长度，此时参照信号为R_j(i)，缩放信号为S′_j(i)，i＝1,2,……,ξ；