一種基于Hough變換的航跡起始方法

楊佳義

摘? 要：雷達(dá)常用的航跡起始方式有邏輯法，直觀法等方式。文章采取一種基于Hough變換的航跡起始方式，將經(jīng)典Hough變換與修正的Hough變換進(jìn)行對(duì)比，分析性能。Hough變換法主要應(yīng)用于圖像中的直線檢測(cè)。由于目標(biāo)在起始時(shí)其運(yùn)動(dòng)軌跡基本為一條直線，因此可以使用Hough變換法進(jìn)行起始。但由于經(jīng)典Hough變換要求較長(zhǎng)的掃描周期且運(yùn)算量巨大，因此提出了在三個(gè)掃描周期內(nèi)采用修正的Hough變換法進(jìn)行航跡起始。此方法大大提升了目標(biāo)航跡起始速度。

關(guān)鍵詞：Hough變換;航跡起始;直線檢測(cè)

中圖分類號(hào)：TN953? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）06-0012-02

1 Hough變換法原理

Hough法是將笛卡爾坐標(biāo)系中的點(diǎn)轉(zhuǎn)換到參數(shù)空間中，得到一組參數(shù)方程。設(shè)在直角坐標(biāo)系中存在同一直線上的n個(gè)點(diǎn)x1x2x3.....。轉(zhuǎn)換到參數(shù)空間，得到n組參數(shù)曲線。

？籽=cos（？茲）×x+sin？茲×y? ？茲∈（0，？仔）

根據(jù)幾何關(guān)系可以得到位于同一直線上，或近似直線上的點(diǎn)經(jīng)過(guò)Hough變換后得到的n組參數(shù)曲線在參數(shù)空間中必定相交于某點(diǎn)，或在某一特定區(qū)域內(nèi)其曲線密度很大。

由圖1可以看出在某方格區(qū)域內(nèi)其交點(diǎn)最為集中，則暗示著可能存在的航跡。

2 經(jīng)典Hough變換

經(jīng)典Hough變換法是在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)掃描周期并得到大量目標(biāo)與雜波的點(diǎn)跡后，將所有可能點(diǎn)跡進(jìn)行直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)參數(shù)坐標(biāo)，得到若干組曲線，再將橫縱坐標(biāo)進(jìn)行劃分，劃分步長(zhǎng)為？駐？茲、？駐？籽。

再對(duì)每個(gè)小方格內(nèi)曲線的數(shù)目進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。再對(duì)方格內(nèi)曲線數(shù)目進(jìn)行累加，存在一條曲線則對(duì)方格進(jìn)行加一計(jì)數(shù)，最終得到每個(gè)小方格的計(jì)數(shù)值。因此方格內(nèi)峰值的大小即暗示著可能的航跡。

3 修正的Hough變換

經(jīng)典Hough變換雖然理論上可行但是實(shí)際操作中仍然存在很多問(wèn)題，例如方格區(qū)域的劃分大小很難確定，且要處理的點(diǎn)跡數(shù)量十分龐大，給計(jì)算機(jī)造成很大的壓力。且經(jīng)典法最大的缺陷是往往要經(jīng)過(guò)多次掃描周期以后才能得到較好的結(jié)果，這與快速航跡起始的理念是相悖的。

綜上所述，要達(dá)到快速建航，修正的Hough變換是很好的選擇。

4 修正Hough變換原理

假設(shè)雷達(dá)在連續(xù)三個(gè)掃描周期內(nèi)得到三組數(shù)據(jù)

z1=x1...xn、z2=x1...xn、z3=x1...xn

將三組數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后得到的參數(shù)方程進(jìn)行差分，得到曲線的兩個(gè)零交匯點(diǎn)？駐？籽n?？梢愿鶕?jù)零交匯點(diǎn)提供的信息對(duì)點(diǎn)跡進(jìn)行判斷，判斷是否為可能的航跡。

修正Hough變換法的判斷準(zhǔn)則如下：

（1）零交匯點(diǎn)須距離非常接近

|？駐？籽1-？駐？籽2|？燮？啄

？啄為位于某一區(qū)間上的允許誤差。

（2）過(guò)零點(diǎn)的兩條直線的斜率必須相同，以避免V形航跡的出現(xiàn)。

5 修正Hough變換步驟

將得到的量測(cè)值進(jìn)行速度判斷，剔除不滿足速度范圍的點(diǎn)跡。

再將剩下的相鄰兩周期內(nèi)的可能點(diǎn)跡進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，得到相鄰兩周期內(nèi)的零交匯點(diǎn)，再利用準(zhǔn)則（1）、（2）進(jìn)行判斷，得到滿足準(zhǔn)則的點(diǎn)跡。

6 仿真分析

本文采用三掃描周期的數(shù)據(jù)，每一掃描周期包含四個(gè)點(diǎn)跡，圖2為經(jīng)過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及直線提取后的結(jié)果。

本文選取滿足某方程的一條直線，并選取直線上的三個(gè)采樣點(diǎn)，再添加若干不成直線的雜波點(diǎn)，并進(jìn)行Matlab仿真實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證是否能成功提取直線。

圖3為經(jīng)過(guò)修正Hough變換后參數(shù)空間中曲線的交匯點(diǎn)，即曲線的零交匯點(diǎn)，可以看出在一點(diǎn)處出現(xiàn)三條曲線同時(shí)相交的情況。此處零交匯點(diǎn)的距離最小，可以將其作為可能的起始航跡。

7 結(jié)束語(yǔ)

從圖2、3、4可以看出修正的Hough變換法能很好的進(jìn)行航跡起始。

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