一种基于一维距离像的目标长度的计算方法及装置与流程

本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种基于一维距离像的目标长度的计算方法及装置。

背景技术：

雷达目标的高分辨一维距离像是用雷达信号获取的目标散射中心在雷达视线方向上的投影。高分辨一维距离像反映了在一定雷达视角时，雷达目标上散射体的雷达散射截面积沿雷达视线的分布情况，体现了散射点的相对几何关系，因此高分辨一维距离像能够反映出雷达目标在雷达视线上精细的几何结构特征。

现有技术中，基于一维距离像对船长进行估计也很多的方法，但是获得的船长的长度精度不高。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明公开了一种基于一维距离像的目标长度的计算方法，该方法易于实现并且提高了船长测量的精确度。本发明公开了如下的技术方案：

依据获得的雷达航迹和运动目标的方位角，获取所述运动目标的姿态角；

识别所述运动目标的运动状态，并依据所述运动目标的运动状态，确定所述运动目标的有效姿态角；

其中，所述运动目标的运动状态包括紊乱状态、机动状态和稳定状态，当所述运动目标为稳定状态时，表示所述运动目标的姿态角为有效姿态角；

对包含完整运动目标的多个一维距离像进行对齐处理，并剔除所述多个一维距离像中异常的一维距离像；

获取对齐后的多个一维距离像的基准像，并对所述基准像进行去噪处理；

其中，所述基准像是通过求取所述多个一维距离像的均值得到的；

获取所述基准像的目标区域所占用的距离单元的个数；其中，所述目标区域是包含所述运动目标的区域，且，所述基准像所占用的距离单元数大于所述运动目标区域所占用的距离单元数；

依据所述运动目标区域所占用的距离单元的个数、所述有效姿态角、预设的有效姿态角的角度阈值以及预设的修正阈值，计算所述运动目标的长度。

上述方法，优选的，所述识别所述运动目标的运动状态，包括：

依据公式获取方位函数；其中R_i表示方位函数，A表示方位角，th_FW表示方位阈值，FW表示方位变化率，且

当方位函数的和大于预设的方位阈值时，识别到所述运动目标为紊乱状态；

获取当前的航向，并计算当前的航向与初始航向的角度差；

当所述角度差大于预设的角度阈值时，识别到所述运动目标为机动状态；

当所述角度差小于预设的角度阈值时，识别到所述运动目标为稳定状态。

可选的，所述剔除异常的一维距离像，包括：

获取对齐后的多个一维距离像的基准像；

依据所述基准像，获取每个一维距离像对应的归一化相关系数；其中，所述归一化相关系数是依据所述基准像和每一个一维距离像确定的；

若所述归一化相关系数满足预设的剔除条件时，剔除所述归一化相关系数对应的一维距离像。

上述方法，优选的，所述获取所述基准像中的目标区域所占用的距离单元的个数，包括：

获取去噪后的基准像的均值；

依据所述均值与预设的门限系数，获取所述基准像的目标区域；

其中，所述目标区域为大于所述均值与所述门限系数乘积相对应的区域；

依据所述目标区域所在的位置序列，获取所述运动目标所占用的距离单元的个数。

上述方法，优选的，所述依据距离单元的个数、所述有效姿态角、预设的有效姿态角的角度阈值以及预设的修正阈值，获取所述运动目标的长度，包括：

依据距离分辨率和所述目标区域所占用的距离单元数，计算所述运动目标在雷达观测方向上的投影长度；

依据所述投影长度、所述姿态角、预设的有效姿态角的角度阈值以及预设的修正阈值，获取所述运动目标的实际长度。

上述方法，优选的，还包括：

依据所述运动目标的长度和预设的长度门限值，判断所述运动目标的类型；

若所述运动目标的长度大于或者等于预设的第一长度阈值，表示所述运动目标为大型舰船；

若所述运动目标的长度在第一长度阈值和第二长度阈值之间，表示所述运动目标为中型舰船；其中，所述第一长度阈值大于第二长度阈值；

若所述运动目标的长度小于第二长度阈值，表示所述运动目标为小型舰船。

本发明还公开了一种基于一维距离像的目标长度的计算装置，所述装置包括：

第一获取单元，用于依据获得的雷达航迹和运动目标的方位角，获取所述运动目标的姿态角；

识别单元，用于识别所述运动目标的运动状态，并依据所述运动目标的运动状态，确定所述运动目标的有效姿态角；

其中，所述运动目标的运动状态包括紊乱状态、机动状态和稳定状态，当所述运动目标为稳定状态时，表示所述运动目标的姿态角为有效姿态角；

对齐单元，用于对包含完整运动目标的多个一维距离像进行对齐处理，并剔除所述多个一维距离像中异常的一维距离像；

第二获取单元，用于获取对齐后的多个一维距离像的基准像，并对所述基准像进行去噪处理；

其中，所述基准像是通过求取所述多个一维距离像的均值得到的；

第三获取单元，用于获取所述基准像的目标区域所占用的距离单元的个数；

其中，所述目标区域是包含所述运动目标的区域，且，所述基准像所占用的距离单元数大于所述运动目标区域所占用的距离单元数；

计算单元，用于依据所述运动目标区域所占用的距离单元的个数、所述有效姿态角、预设的有效姿态角的角度阈值以及预设的修正阈值，计算所述运动目标的长度。

上述装置，优选的，所述识别单元包括：

第一获取子单元，用于依据公式获取方位函数；其中R_i表示方位函数，A表示方位角，th_FW表示方位阈值，FW表示方位变化率，且

第一识别子单元，用于当方位函数的和大于预设的方位阈值时，识别到所述运动目标为紊乱状态；

第二获取子单元，用于获取当前的航向，并计算当前的航向与初始航向的角度差；

第二识别子单元，用于当所述角度差大于预设的角度阈值时，识别到所述运动目标为机动状态；

第三识别子单元，用于当所述角度差小于预设的角度阈值时，识别到所述运动目标为稳定状态。

上述装置，优选的，对齐单元，包括：

第三获取子单元，用于获取对齐后的多个一维距离像的基准像；

第四获取子单元，依据所述基准像，获取每个一维距离像对应的归一化相关系数；

其中，所述归一化相关系数是依据所述基准像和每一个一维距离像确定的；

剔除子单元，用于若所述归一化相关系数满足预设的提出条件时，剔除所述归一化相关系数对应的一维距离像。

上述装置，优选的，所述第二获取单元，包括：

第五获取子单元，用于获取去噪后的基准像的均值；

第六获取子单元，用于依据所述均值与预设的门限系数，获取所述基准像的目标区域；

其中，所述目标区域为大于所述均值与所述门限系数乘积相对应的区域；

第七获取子单元，用于依据所述目标区域所在的位置序列，获取所述运动目标所占用的距离单元的个数。

本实施公开了一种一维距离像的目标长度的计算方法，包括：

依据雷达的航迹，获取目标的姿态角；并依据运动目标的运动状态，确定运动目标的有效姿态角；对包含所述运动目标的多个一维距离像进行对齐处理，并剔除所述多个一维距离像中异常的一维距离像；获取对齐后的多个一维距离像的基准像，并对所述基准像去噪；依据所述运动目标区域所占用的距离单元的个数、所述有效姿态角、预设的有效姿态角的角度阈值以及预设的修正阈值，计算所述运动目标的长度。通过确定有效的姿态角，并依据有效的姿态角与依据所述运动目标区域所占用的距离单元的个数预设的有效姿态角的角度阈值以及预设的修正阈值，计算所述运动目标的长度。因此，提高了测量运动目标长度的精确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明一种基于一维距离像的目标长度的计算方法的流程示意图；

图2为本发明一种基于一维距离像的目标长度的计算方法的流程示意图；

图3为本发明一种基于一维距离像的目标长度的计算方法的流程示意图；

图4为本发明一种基于一维距离像的目标长度的计算装置的结构示意图；

图5为舰船运动轨迹图；

图6为多个一维距离像对其前和对齐后的对比示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

发明人经研究发现，在现有技术中基于高分辨一维距离像对目标长度的估计方法有很多，但是获得的目标长度的精度不高。并且在计算长度的过程中，姿态角的估计对于获得的目标长度起到一定的作用，但是现有技术中，并没有考虑到估计到的姿态角的有效性的问题。

基于此，本发明依据获得的雷达航迹和运动目标的方位角，获取运动目标的姿态角；并依据所述运动目标的运动状态，确定运动目标的有效姿态角；其中，所述运动目标的运动状态包括紊乱状态、机动状态和稳定状态。依据包含完整的所述运动目标的多个一维距离像，对齐所述多个一维距离像，并剔除异常的一维距离像；获取所述多个一维距离像的基准像，并对所述基准像去噪；其中，所述基准像是所述多个一维距离像的均值；获取所述基准像中的目标区域所占用的距离单元的个数；其中，所述目标区域是包含所述运动目标的区域，且，所述基准像所占用的距离单元数大于所述目标区域所占用的距离单元数；依据所述目标区域所占用的距离单元的个数、所述有效姿态角、预设的有效姿态角的角度阈值以及预设的修正阈值，计算所述运动目标的长度。因此，本发明通过确定运动目标稳定状态下的姿态角以及一维距离像中运动目标所占用的距离单元的数量，估计出运动目标的长度。通过以上的方法，提高了对一维距离像的目标长度估计的精确度。

参考图1，为本发明一种基于一维距离像的目标长度的计算方法的流程示意图。在本实施例中，所述方法例如可以包括：

S101：依据获得的雷达航迹和运动目标的方位角，获取所述运动目标的姿态角。

本实施例中，需要说明的是，所述姿态角可以理解为雷达观测方向和目标运动方向的夹角。

举例说明，参考图5，以雷达的位置为原点建立直角坐标系，Y轴为零方位角的位置，X轴是与Y轴垂直的位置。所述运动目标的方位角A和所述运动目标到观测雷达的距离R已知。对测量的数据进行逐段拟合，假设所述运动目标的运动特性二次曲线来表示，如下公式1)所示：

1)y＝ax²+bx+c；

然后采用最小二乘估计方法估计出参数a,b,c,对二次曲线进行求导得到其斜率，如下公式2)所示：

需要说明的是，曲线的斜率方向，也就是曲线的切线方向，同样也就是运动目标瞬时运动的方向或者相反方向。

再后，对曲线求反正切得到曲线切线方向与X轴的夹角，如下公式3)所示：

切线方向在X轴和Y轴的投影分别为cosα和cosβ,在t时刻，运动目标的姿态角可以通过以下的公式4)进行表示：

在本实施例中，运动目标姿态角的范围为[0,90°]，因此，实际的姿态角可表示为以下的公式5)：

S102：识别所述运动目标的运动状态，并依据所述运动目标的运动状态，确定所述运动目标的有效姿态角。

本实施例中，所述运行目标的运动状态可以包括：紊乱状态、机动状态和稳定状态。当所述运动目标为稳定状态时，表示所述运动目标的姿态角为有效的姿态角。其中，所述运动目标的运动状态可以通过以下的步骤获得：

S201：依据公式获取方位函数；其中R_i表示方位函数，A表示方位角，th_FW表示方位阈值，FW表示方位变化率，且

S202：当方位函数的和大于预设的方位阈值时，识别到所述运动目标为紊乱状态；

S203：获取当前的航向，并计算当前的航向与初始航向的角度差；

S204：当所述角度差大于预设的角度阈值时，识别到所述运动目标为机

动状态；

S205：当所述角度差小于预设的角度阈值时，识别到所述运动目标为稳

定状态。

举例说明：根据航向φ，判断目前运动目标例如舰船是机动状态还是稳定状态，例如：当航向满足以下公式6)的时候，此时的运动目标为机动状态，当航向满足以下的条件7)的时候，此时的运动目标为稳定状态；

6)|φ_N-φ₁|＞TH_Angle；

7)|φ_N-φ₁|＜TH_Angle；

其中，雷达航向的提取方法可以为，假设t时刻的目标位置为(X₁,Y₁),

t-Δt时刻的目标位置为(X₂,Y₂)，在t时刻及t-Δt计算出目标所运动的大致方向(ΔX，ΔY)，已知运动目标的运动方向与X轴之间的夹角为α，则航向可以表示为以下的公式8)：

本实施例中，假设运动目标为舰船，舰船在海上运行的过程中，航速是非常重要的一个特征，还可以提取出雷达的航速，具体实现的方法可以包括：

设航速为v,根据拟合得到的运动曲线计算出Δt时间内的弧长，所采用的公式为：则航速可以表示为：

本实施例中，通过航速特征提取可以得到目标运动的快慢的属性，如果得到的航速为零，说明舰船处于停航状态，此时求出的姿态角是无效的。若航速大于预设的航速阈值，则说明该目标是快速目标，需要重点关注。提高了人为观测目标的效率。

本实施例中，通过曲线拟合的方式估计运动目标的轨迹，从而提取出运动目标的姿态角、运动状态、航向和航速等信息，采用该方法简单并易于实现。

S103：对包含所述运动目标的多个一维距离像进行对齐处理，并剔除所述多个一维距离像中异常的一维距离像；

本实施例中，首先要判断一维距离像是否为截像，也就是要判断所述一维距离像是否包含完整的运动目标图像。其中，判断一维距离像是否是截像可以通过以下的方法：用S(i)表示一维距离像，其中i＝1，…,N，N位距离单元数，通过以下的公式9)、10)和11)分别计算一维距离像整体的平均值，左半部分的平均值和右半部分的平均值；

若满足公式12)则表示，则该一维距离像为截像，

12)max(S_left,S_right)＞th_JX×S_mean；

其中，K为左半部分的距离单元数，th_JX为倍数门限值。

获得了包含完整运动目标的一维距离像后，假设S₁(i)和S₂(i)为相邻的两幅一维距离像，依据以下公式13)对一维距离像进行对齐处理；

多个一维距离像对其前和对齐后的对比示意图如图6所示。

在对齐的过程中，或者对齐之后可以剔除异常的一维距离像，剔除异常一维距离像的具体方法可以包括以下的方法步骤：获取所述多个一维距离像的基准像；依据所述基准像，获取每个一维距离像对应的归一化相关系数；其中，所述归一化相关系数是依据所述基准像和每一个一维距离像确定的；若所述归一化相关系数满足预设的剔除条件时，剔除所述归一化相关系数对应的一维距离像。

举例说明：假设S_m＝{S_m1,S_m2,......,S_mN}，其中m＝1,2,…M表示总的一维距离像的个数，N表示每个一维距离像包含的距离单元的个数。计算多个一维距离像的基准像，计算依据的公式为然后计算平均一维距离像与每幅一维距离像的归一化系数，得到归一下相关系数的序列为以下的公式14)：

14)Corr＝{Corr₁，Corr₂，...,Corr_M}；

其中，再后，计算归一化相关系数的平均值，计算依据的公式为当Corr_m＜δ₀-Δδ，则表示S_m为质量不好的一维距离像，其中Δδ为预设的阈值。

S104：获取对齐后的多个一维距离像的基准像，并对所述基准像去噪；

其中，所述基准像是所述多个一维距离像的均值。

举例说明，假设S_m＝{S_m1,S_m2,......,S_pN}为对齐后的多个一维距离像，其中，p＝1,2…,P,首先，根据公式15)获取对齐后的多个一维距离像的基准像，

其中，然后对基准像进行去噪处理，去噪的方法为：假设表示基准像，其中i＝1,2,…,N为距离单元数。首先分别根据公式16)和17)计算目标区域左右两侧的均值，

获取噪声依据的公式为：

最后依据公式19)对基准像进行去噪处理：

其中，L为常数阈值。

S105：获取所述基准像的目标区域所占用的距离单元的个数；

其中，所述目标区域是包含所述运动目标的区域，且，所述基准像所占用的距离像单元数大于所述运动目标区域所占用的距离单元的个数。、

本实施例中，S105的具体实现方法具体可以包括以下的步骤：

S301：获取去噪后的基准像的均值；

S302：依据所述均值与预设的门限系数，获取所述基准像的目标区域；其中，所述目标区域为大于所述均值与所述门限系数乘积对应的区域；

S303：依据所述目标区域所在的位置序列，获取所述运动目标所占用的距离单元的个数。

举例说明：首先，依据公式20)求取去噪后的基准像的均值；

然后，依据公式21)获取所述基准像的目标区域：

其中Q表示预设的门限系数。

最后，依据公式22)获取所述运动目标所占用的距离单元的个数：

22)N_T＝L(N)-L(M)；

其中，M和N分别表示运动目标的初始距离单元和末端距离单元。

S106：依据所述运动目标区域所占用的距离单元的个数、所述有效的姿态角、预设的有效姿态角的角度阈值以及预设的修正阈值，计算所述运动目标的长度。

本实施例中，S106具体可以包括以下的步骤：依据距离分辨率和所述目标区域所占用的距离单元数，计算所述运动目标在雷达观测方向上的投影长度；依据所述投影长度、所述姿态角、预设的有效姿态角的角度阈值以及预设的修正阈值，获取所述运动目标的实际长度。

举例说明：假设雷达的带宽为B，距离分辨率可以近似表达为ΔR＝C/2B；所述运动目标再雷达观测方向的投影长度可以通过公式23)获得：

23)L_P＝N_T·ΔR＝N_T·C/2B；

依据公式24)获取所述运动目标的长度；

24)L_R＝L_P/cosθ＝N_T·c/2B·cosθ；

其中L_R表示运动目标的长度；

但是，由于实际中目标的长度和姿态角有一定的关系，仍需要对得到的运动目标的长度进行修正，依据公式25)进行修正，得到运动目标实际的长度：

其中，为修正后运动目标的实际长度，th₁、th₂、th₃为姿态区间阈值，TH₁、TH₂、TH₃为修证阈值。

最后，还可以根据获取的运动目标的长度判断所述运动目标的类型，例如，所述运动目标为舰船,具体方法例如可以包括:

若所述运动目标的长度大于或者等于预设的第一长度阈值，表示所述运动目标为大型舰船；若所述运动目标的长度在第一长度阈值和第二长度阈值之间，表示所述运动目标为中型舰船；其中，所述第一长度阈值大于第二长度阈值；若所述运动目标的长度小于第二长度阈值，表示所述运动目标为小型舰船。

举例说明：依据获取的舰船的长度，依据公式26)对舰船进行分类：

其中，TH_length1和TH_length2为门限阈值。

本实施例中，依据雷达的航迹，获取目标的姿态角；并依据运动目标的运动状态，确定运动目标的有效姿态角；对包含所述运动目标的多个一维距离像进行对齐处理，并剔除所述多个一维距离像中异常的一维距离像；获取对齐后的多个一维距离像的基准像，并对所述基准像去噪；依据所述运动目标区域所占用的距离单元的个数、所述有效姿态角、预设的有效姿态角的角度阈值以及预设的修正阈值，计算所述运动目标的长度。通过确定有效的姿态角，并依据有效的姿态角与依据运动目标区域所占用的距离单元的个数预设的有效姿态角的角度阈值以及预设的修正阈值，计算运动目标的长度。因此，提高了测量运动目标长度的精确度。

参考图4，为本发明实施例一种基于一维距离像的目标长度的计算装置。在本实施例中，该装置包括：

第一获取单元401，用于依据获得的雷达航迹和运动目标的方位角，获取所述运动目标的姿态角；

识别单元402，用于识别所述运动目标的运动状态，并依据所述运动目标的运动状态，确定所述运动目标的有效姿态角；

其中，所述运动目标的运动状态包括紊乱状态、机动状态和稳定状态，当所述运动目标为稳定状态时，表示所述运动目标的姿态角为有效的姿态角；

对齐单元403，用于对包含所述运动目标的多个一维距离像进行对齐处理，并剔除所述多个一维距离像中异常的一维距离像；

第二获取单元404，用于获取对齐后的多个一维距离像的基准像，并对所述基准像进行去噪处理；

其中，所述基准像是目标区域所占用的距离单元的个数；其中，所述目标区域时包含所述运动目标的区域，且，所述基准像所占用的距离单元数大于所述运动目标所占用的距离单元数；

第三获取单元405，用于获取所述基准像的目标区域所占用的距离单元的个数；其中，所述目标区域是包含所述运动目标的区域，且，所述基准像所占用的距离单元数大于所述运动目标区域所占用的距离单元数；

计算单元406，用于依据所述运动目标区域所占用的距离单元的个数、所述有效姿态角、预设的有效姿态角的角度阈值预计预设的修正阈值，计算所述运动目标的长度。

可选的，所述识别单元包括：

第一获取子单元，用于依据公式获取方位函数；其中R_i表示方位函数，A表示方位角，th_FW表示方位阈值，FW表示方位变化率，且

第一识别子单元，用于当方位函数的和大于预设的方位阈值时，识别到所述运动目标为紊乱状态；

第二获取子单元，用于获取当前的航向，并计算当前的航向与初始航向的角度差；

第二识别子单元，用于当所述角度差大于预设的角度阈值时，识别到所述运动目标为机动状态；

第三识别子单元，用于当所述角度差小于预设的角度阈值时，识别到所述运动目标为稳定状态。

可选的，所述对齐单元，包括：

第三获取子单元，用于获取对齐后的多个一维距离像的基准像；

第四获取子单元，依据所述基准像，获取每个一维距离像对应的归一化相关系数；

其中，所述归一化相关系数是依据所述基准像和每一个一维距离像确定的；

剔除子单元，用于若所述归一化相关系数满足预设的提出条件时，剔除所述归一化相关系数对应的一维距离像。

可选的，所述第二获取单元，包括：

第五获取子单元，用于获取去噪后的基准像的均值；

第六获取子单元，用于依据所述均值与预设的门限系数，获取所述基准像的目标区域；

其中，所述目标区域为大于所述均值与所述门限系数乘积相对应的区域；

第七获取子单元，用于依据所述目标区域所在的位置序列，获取所述运动目标所占用的距离单元的个数。

通过本实施例的装置，依据雷达的航迹，获取目标的姿态角；并依据运动目标的运动状态，确定运动目标的有效姿态角；对包含所述运动目标的多个一维距离像进行对齐处理，并剔除所述多个一维距离像中异常的一维距离像；获取对齐后的多个一维距离像的基准像，并对所述基准像去噪；依据所述运动目标区域所占用的距离单元的个数、所述有效姿态角、预设的有效姿态角的角度阈值以及预设的修正阈值，计算所述运动目标的长度。通过确定有效的姿态角，并依据有效的姿态角与依据所述运动目标区域所占用的距离单元的个数预设的有效姿态角的角度阈值以及预设的修正阈值，计算所述运动目标的长度。因此，提高了测量运动目标长度的精确度。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。