基于图像特征的ISAR图像几何定标方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103616685103616685A(43)申请公布日2014.03.05(21)申请号201310647712.8(22)申请日2013.12.04(71)申请人西安电子科技大学地址710071陕西省西安市太白南路2号(72)发明人张磊许志伟邢孟道段佳徐刚(74)专利代理机构陕西电子工业专利中心61205代理人王品华朱红星(51)Int.Cl.G01S13/90(2006.01)权权利要求书3页利要求书3页说明书8页说明书8页附图3页附图3页(54)发明名称基于图像特征的ISAR图像几何定标方法(57)摘要本发明公开了一种基于图像特征的ISAR图像几何定标方法，主要解决低信噪比图像的几何定标问题。其实现方案是：对雷达回波信号进行去平动分量处理得到处理后信号，计算瞬时斜距；对处理后信号依次进行距离向傅氏变换、Keystone变换和方位向傅氏变换，得到空域表达式；利用距离多普勒方法对处理后信号进行成像得到两幅图像，并提取图像的特征点和信息描述符；对两幅图像进行特征点匹配和错误点剔除，得到精确匹配的特征点；结合空域表达式和精确匹配的特征点依次构建位置坐标与转角的几何关系和代价函数，计算最终估计转角和图像的方位向分辨率，完成几何定标。本发明能对低信噪比图像进行精确几何定标，可用于旋转目标的探测。CN103616685ACN103685ACN103616685A权利要求书1/3页1.一种基于图像特征的ISAR图像几何定标方法，包括如下步骤：（1）对雷达接收的回波信号S进行去平动分量处理得到处理后回波信号为S′，计算处理后回波信号为S′中的瞬时斜距R(tm)：R(tm)=r0-asinθ(tm)-rcosθ(tm)，其中，r0为雷达到转台中心的距离，a为回波信号S′对应的方位向坐标，θ(tm)为目标随慢时间旋转的角度，r为回波信号S′对应的距离向坐标；（2）对处理后的回波信号S′作距离向傅氏变换，得到其中的基频时域表达式e(τ,tm)为：其中，γ为调频率，Tp为脉冲宽度，τ为快时间，τ0为延迟时间，exp为以自然对数e为底的指数函数，tm为慢时间，λ为波长，R(tm)为瞬时斜距；（3）对基频回波信号的时域表达式e(τ,tm)进行Keystone变换，得到新的基频回波信号的时域表达式为：其中，c为光速，ω为转角速度；（4）对新的基频回波信号的时域表达式e′(τ,tm)进行方位向傅氏变换，得到空域的表达式e(κα,κr)为：其中，Tm为方位向走动时间；为距离向系数因子；κr为距离向空域单位，它的取值间隔为Z为发射信号的带宽；为方位向系数因子；κα为方位向空域单位，它的取值间隔为θ为雷达回波信号中目标的转角；（5）通过目标转动模型得到处理后回波信号S′的两幅ISAR图像I1和I2，从第一幅图像I1中提取出序号为1到M的共M个特征点和序号为1到M的共M个信息描述符，每一个信息描述符有128个数据；从第二幅图像I2中提取出序号为1到N的共N个特征点和序号为1到N的共N个信息描述符，每一个信息描述符有128个数据；（6）分别计算出第一幅图像I1的第1个信息描述符的128个数据与第二幅图像I2的第i个信息描述符的128个数据两两之间的欧氏距离，将这128个欧氏距离之和记为Oi，i从1到N，得到共N个欧氏距离之和，记为O=[O1,…,ON]；（7）计算N个欧氏距离之和O的最小值Op与次小值的比值，1≤p≤N；如果该比值小于距离阈值G=0.95，则记录下第一幅图像I1的第1个信息描述符的序号1和O中最小值的序号p，使得第一幅图像I1中序号为1的特征点与第二个图像I2中序号为p的特征点为相互匹配的一对特征点；2CN103616685A权利要求书2/3页（8）依次类推，对第一幅图像I1中的每一个信息描述符进行与步骤（6）和步骤（7）相同的处理，得到第一幅图像I1和第二幅图像I2相互匹配的V对特征点，1≤V≤M,完成特征点匹配；（9）对步骤（8）中特征点匹配后的V对特征点进行错误点剔除，得到第一幅图像I1中F个特征点与第二幅图像I2中F个特征点相匹配；（10）设第一幅图像I1中第k个特征点的位置坐标为设第二幅图像I2中第k个特征点的位置坐标为k=1,…,F，结合步骤（4）中基频信号的空域表达式e(κα,κr)，构建位置坐标和转角θ的几何关系为：（11）根据步骤（10）的几何关系构建代价函数W为：其中，为第一幅图像I1的第k个特征点的幅度值，为第二幅图像I2的第k个特征点的幅度值，为对第一幅图像I1中第k个特征点的位置坐标的归一化位置坐标，为对第二幅图像I2中第k个特征点的位置坐标的归一化位置坐标，△Fd为多普勒单元带宽，△T为中心时间间隔，△r为距离向分辨率，