基于HOUGH變換的林木根系探地雷達(dá)圖像處理與波速估計(jì).pdf

1、林木根系在生態(tài)系統(tǒng)中起著非常重要的角色，然而，由于根系一般都生長(zhǎng)在地表以下，導(dǎo)致林木根系的研究廣度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于林木的地上部分。傳統(tǒng)的林木根系研究方法存在諸多不足，迫切需要尋找一種具有無(wú)損探測(cè)特性的林木根系探測(cè)方法。基于無(wú)損探測(cè)這一點(diǎn)，本文提出了采用探地雷達(dá)對(duì)林木根系進(jìn)行探測(cè)的研究方法。探地雷達(dá)用于探測(cè)林木根系，簡(jiǎn)單、方便、無(wú)損，可以長(zhǎng)期、重復(fù)的對(duì)林木根系進(jìn)行探測(cè)研究。本文在研究過(guò)程中得到了國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(31270757/C20

2、1337)“基于多頻信息融合的探地雷達(dá)林木根系原位探測(cè)識(shí)別技術(shù)研究”的基金資助與廣州園林科學(xué)研究所的大力支持。本文的研究?jī)?nèi)容具體如下:
　　(1)簡(jiǎn)要分析林木根系特征和探地雷達(dá)探測(cè)林木根系時(shí)得到的雷達(dá)數(shù)據(jù)。對(duì)雷達(dá)圖像中的雜波進(jìn)行分類(lèi)，針對(duì)每一種類(lèi)型的雜波進(jìn)行特征分析，提出一種針對(duì)不同類(lèi)型的雜波采用不同類(lèi)型雜波抑制方法進(jìn)行雜波的抑制。由于對(duì)于每一類(lèi)雜波針對(duì)性更強(qiáng)，雜波抑制的效果會(huì)更好。
　　(2)為了檢測(cè)出林木根系目標(biāo)，對(duì)林木

3、根系探地雷達(dá)圖像特征進(jìn)行分析，基于林木根系目標(biāo)在雷達(dá)圖像中呈現(xiàn)雙曲線(xiàn)特征，為了更好的進(jìn)行目標(biāo)雙曲線(xiàn)提取，基于已經(jīng)存在的提取目標(biāo)雙曲線(xiàn)的方法的不足，提出目標(biāo)雙曲線(xiàn)檢測(cè)的改進(jìn)方法，包括兩個(gè)方面內(nèi)容:首先，對(duì)采集到的原始GPR數(shù)據(jù)采用梯度幅度法進(jìn)行快速的目標(biāo)檢測(cè)與感興趣區(qū)域(ROI)的提取;然后，根據(jù)林木根系探地雷達(dá)圖像呈現(xiàn)雙曲線(xiàn)特征，對(duì)感興趣區(qū)域(ROI)進(jìn)行改進(jìn)Hough變換檢測(cè)雙曲線(xiàn)，通過(guò)位置信息與幅度信息綜合投票提高原始Hough變換

4、的精確度，去除背景雜波等虛假目標(biāo)，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)目標(biāo)雙曲線(xiàn)精確提取的目的。
　　(3)波速是一個(gè)非常重要的參數(shù)，文中將簡(jiǎn)單的介紹波速估計(jì)常用的三類(lèi)方法，基于這三種方法，文中針對(duì)利用Hough變換基于探地雷達(dá)圖像進(jìn)行波速估計(jì)時(shí)，探測(cè)目標(biāo)位置、尺寸以及探地雷達(dá)目標(biāo)形成的雙曲線(xiàn)邊緣噪聲和目標(biāo)雙曲線(xiàn)離散求導(dǎo)方法對(duì)估算結(jié)果會(huì)產(chǎn)生影響從而產(chǎn)生估算誤差。為解決上述誤差文中提出利用導(dǎo)數(shù)加權(quán)與拉格朗日乘數(shù)法對(duì)算法進(jìn)行優(yōu)化，有效抑制雙曲線(xiàn)邊緣噪聲對(duì)波速