解析法图像重建中的理想斜变滤波器的进一步研究(英文)

理想斜变滤波器是一种被傅里叶逆变换定义的广义函数。设计理想斜变滤波器的实用数字滤波器是最重要的任务之一。推导了理想斜变滤波器的单位冲激响应的公式。提出了两种实用数字滤波器的设计模式:连续模式和离散模式。分析了3种已经存在的实用滤波器,设计了2种新的实用滤波器。通过一个仿真实验,比较了这5种滤波器。总的来说,以离散模式设计的离散方法优于以连续模式设计的连续方法。对于2种离散方法来说,无限长离散方法优于自适应长度离散方法,它们均可以得到较好的重建质量。对于3种连续方法而言,线性方法是最好的,可以重建出工程可用的CT图像,而常数方法和抛物线方法不能重建出可用的CT图像。     

CT图像重建预处理滤波器设计

本文分析并设计了用于CT图像重建的几种预处理滤波器。通过分析不同滤波函数对断层图像重建质量的影响,从几种经典的滤波函数出发,进行改进并与窗函数结合得到了可用于CT图像重建的几种滤波器。有关投影数据的图像重建结果表明,所设计的几种滤波器较好地满足了实际图像重建的要求。     

图像重建模型中基函数的引入

基于理想小区域的图像重建离散化模型以理想小区域代替原来传统意义上的像素格,用理想小区域到射线的距离的函数,来衡量射线穿过理想小区域时投影系数的大小。在此图像重建离散化模型中引入基函数。并将离散图像与基函数卷积得到连续的图像,图像中任一点的值可通过选取合适的基函数得到。本文探讨图像重建中基函数需要满足的条件,并分析讨论几种基函数的实例及其频域特性。     

基于改进重建滤波器的局部CT重建算法

鉴于实际工程应用需求,基于截断投影数据的CT图像局部重建是X射线CT重建的一个重要课题,本文概述了现有的局部重建算法,分析了其优缺点,提出了一种基于改进重建滤波器的局部CT重建算法。通过对滤波函数的改进,使其能量主要集中在中心位置,使旁瓣迅速下降,进而使滤波函数具有局部重建功能。另外改进的滤波函数压制了低频信息,突出了高频信息,具有提高成像空间分辨率的功能,但对图像噪声有所放大,实际实验数据验证了算法的可行性。     

地震数据采集器后级滤波器的设计

以ADS1281为例,介绍新一代地震数据采集器后级滤波器设计。该后级滤波器包括变抽样率的梳状滤波器、有限脉冲响应(FIR1)4抽1滤波器和有限脉冲响应(FIR2)2抽1滤波器。其中,FIR1 4抽1滤波器和FIR2 2抽1又分为最小相位、线性相位和瞬态3种滤波器,文中使用设计的最小相位滤波抽取器对仿真的正弦波进行滤波验证,结果表明,通带波动和阻带衰减满足中国数字测震台网技术规程的要求。     

PET前端电子电路滤波器的设计

为了减小PET前端电子电路中信号的噪声干扰,提高信号的信噪比,本文设计了一个二阶无源RC滤波器.用HSPICE、MATLAB对实验数据做了仿真与分析,实验表明该滤波器能够有效地提高信号的信噪比.在此基础之上设计的电子电路可以大幅地降低系统的成本,有助于提高图像重建的质量.     

根据数字滤波器的频率响应优选数字处理方法

本文根据数字滤波器压制干扰的原理,指出利用数字滤波器的频率响应、优选数字处理方法和确定最佳滤波参数的具体原则。对于那些未给出频率响应函数或周期选择性函数的数字处理方法,可以直接根据计算方法的权系数算出它们的频率响应。计算递归滤波器的频率响应式子,也可以用来计算其它非递归滤波器的频率响应。本文利用重力固体潮汐分析中计算中心点的零点飘移值若干方法的系数和它们的周期选择性函数,分别计算了它们的频率响应,从两者的数值上比较,结果是一致的。本文还计算了目前大家常用的一些数字处理方法,如五日均值、一阶差分、二阶差分、多点数字平滑等方法的频率响应值。并分析了它们的处理效果和方法的局限性。还根据最佳数字滤波器和DAI数字滤波器的频率响应曲线,说明选择数字滤波器和确定最佳滤波参数的具体方法。     

CT图像重建中滤波函数的优化

CT图像重建的解析类经典算法为滤波反投影(FBP),其中的滤波环节对于重建质量的影响至关重要,通常情况下滤波函数都是将斜坡函数直接加矩形窗,而理想的矩形窗是造成Gibbs现象的根源所在,Gibbs现象使重建图像出现震荡,不够平滑。根据无穷级数求和理论,将函数展开成级数部分和形式后,可以进一步求解出部分和的算术平均值,该函数即是具有更优收敛性的费耶核(Fejes),本文根据这一理论,提出了一种改进的滤波方法,尝试利用费耶核较好的收敛性来克服Gibbs现象。实验结果表明该方法可以获得更加平滑的结果,对于图像质量的改善取得了明显的效果。     

CT图像重建中滤波函数的优化

CT图像重建的解析类经典算法为滤波反投影(FBP),其中的滤波环节对于重建质量的影响至关重要,通常情况下滤波函数都是将斜坡函数直接加矩形窗,而理想的矩形窗是造成Gibbs现象的根源所在,Gibbs现象使重建图像出现震荡,不够平滑.根据无穷级数求和理论,将函数展开成级数部分和形式后,可以进一步求解出部分和的算术平均值,该函数即是具有更优收敛性的费耶核(Fejes),本文根据这一理论,提出了一种改进的滤波方法,尝试利用费耶核较好的收敛性来克服Gibbs现象.实验结果表明该方法可以获得更加平滑的结果,对于图像质量的改善取得了明显的效果.     

CT断层重建中滤波函数设计的新方法

滤波函数在CT图像重建过程中起着非常重要的作用,直接关系到重建图像质量。为了提高CT重建图像质量,本文从加权平均的思想出发,根据FBP重建算法的理论基础,提出一种设计滤波函数的新思路,并分析了五点加权平均滤波函数性能比较。最后针对Shepp-Logan模型数据和实际的海螺投影数据,设计出一种新的滤波函数并与S-L和R-L滤波函数的重建效果进行了比较。从比较结果可以看出,新设计的滤波函数重建的图像效果在整体性能上最好,在局部地方,其密度分辨率有所提高。本文为滤波函数的设计提出了一种新的想法和思路。     

基于改进广义卡尔曼滤波的结构损伤识别方法

针对传统的广义卡尔曼滤波算法不能有效地追踪结构刚度的变化情况,本文以传统卡尔曼滤波理论为基础,得到了基于衰减记忆的广义卡尔曼滤波算法公式,利用该算法对所得到的地震响应信号进行分析,提取结构的特性,辨识结构的参数,并从中判断结构损伤发生的时刻、位置及程度,改善了广义卡尔曼滤波的效果。衰减记忆的广义卡尔曼滤波算法只能够判断出结构参数变化的时间并且容易出现振荡,因此采用了一种新的自适应追踪技术,用一个自适应因子矩阵代替了原有的遗忘因子,这种技术可以有效追踪结构参数变化的时间、位置和大小,从而能够在线识别出结构的损伤。     

Tidal flow forecasting using reduced rank square root filters

The Kalman filter algorithm can be used for many data assimilation problems. For large systems, that arise from discretizing partial differential equations, the standard algorithm has huge computational and storage requirements. This makes direct use infeasible for many applications. In addition numerical difficulties may arise if due to finite precision computations or approximations of the error covariance the requirement that the error covariance should be positive semi-definite is violated. In this paper an approximation to the Kalman filter algorithm is suggested that solves these problems for many applications. The algorithm is based on a reduced rank approximation of the error covariance using a square root factorization. The use of the factorization ensures that the error covariance matrix remains positive semi-definite at all times, while the smaller rank reduces the number of computations and storage requirements. The number of computations and storage required depend on the problem at hand, but will typically be orders of magnitude smaller than for the full Kalman filter without significant loss of accuracy. The algorithm is applied to a model based on a linearized version of the two-dimensional shallow water equations for the prediction of tides and storm surges. For non-linear models the reduced rank square root algorithm can be extended in a similar way as the extended Kalman filter approach. Moreover, by introducing a finite difference approximation to the Reduced Rank Square Root algorithm it is possible to prevent the use of a tangent linear model for the propagation of the error covariance, which poses a large implementational effort in case an extended kalman filter is used.     

均衡拟多道匹配滤波法在波动方程法压制多次波中的应用

本文针对单道最小二乘自适应匹配滤波方法在一次波和多次波分量不正交的情况下不能获得正确匹配的问题,提出均衡拟多道最小二乘自适应匹配滤波方法,该方法采取在空间方向上均衡的办法,使得均衡范围内记录中的一次波和多次波分量总是正交的,并结合拟多道最小二乘自适应匹配能更好匹配记录波形的特点,使得该方法取得很好的自适应匹配效果.通过对简单模型、SEG/EAGE SMAART模型和实际资料压制多次波的处理,结果表明该方法效果良好.     

一种反演滤波器设计方法研究

该文针对在地震数据采集器中，使用最小相位滤波器而带来的波形畸变，提出了波形反演的概念，讨论了用逆滤波器直接反演可能出现的问题，并给出了一种反演滤波器的设计方法，经实验模拟证明，该方法是可行的。     

基于GRACE卫星RL05数据的南极冰盖质量变化分析

CSR(Centre for Space Research)最近发布了RL05数据,其空间分辨率、精度和周期变化特性等都优于RL04数据.本文采用300 km的扇形滤波及P5M11去相关滤波削弱南北条带等重力场模型误差,并采用Paulson2007模型进行冰川均衡模型改正,利用CSR RL05与RL04数据计算分析了南极2002年到2012年的质量变化序列及其变化趋势的空间分布特性,并选取8个特征点进一步分析了其质量变化序列.同时,对CSR、JPL(Jet Propulsion Laboratory)、GFZ (GeoForschungsZentrum)三个机构发布的RL05数据采用相同的滤波方法进行计算,得到整个南极的质量变化分别为-195.7±20.5 Gt/a、-203.8±23.1 Gt/a、-133.2±29.9 Gt/a,对全球海平面变化的影响分别为0.54±0.06 mm/a、0.56±0.06 mm/a、0.37±0.09 mm/a.     

三维电磁偏移数值滤波器实现及参数分析

基于满足扩散方程的电磁偏移场解析式,推导了能够应用于实际数据处理的电磁偏移数值滤波器.为了合理选取滤波器参数,本文基于偏移微分方程,构建了满足偏移微分方程的解析测试场,通过测试场与偏移数值滤波器处理结果比较,重点研究了滤波器窗口大小、采样距离、偏移深度等滤波器参数对数值偏移滤波效果的影响,确定了数值滤波器参数选择原则.考虑到实际应用,在计算偏移电导率时,本文利用背景场定义了反射函数.建立了三维典型地电模型做数值计算,利用电磁偏移数值滤波器处理模拟数据,得到了合理的目标体位置和形态.测试场比较和数值试验证明,电磁偏移成像是一种可靠稳定的电磁资料解释技术.     

数字地震观测中的线性和最小相位滤波

线性相位滤波和最小相位滤波是数字地震观测中经常都要遇到的两类滤波器。现代地震数据采集器中就预置有这两种滤波系数供用户选用。本文以EDAS—C24地震数据采集器为例,通过比较两者滤波特性的差异后得出：为什么在以震相判读分析为主要用途的数字地震观测中必须选用最小相位滤波器,最好不要使用线性相位滤波器。同时还指出,最小相位滤波对优势频谱较高的地方微震波形影响较大,且振荡尾巴较长,分析研究时应注意其影响。     

Steerable Pyramid分解在储层断裂检测中的应用

在隐蔽油气藏勘探中,正确刻画储层断裂对于油气勘探和开发都有着至关重要的作用.储层断裂在地震数据中表现为边缘特征.但现今多尺度边缘检测的基本理论和方法都有其本身的局限性.本文详细阐述了Steerable Pyramid分解用于储层断裂检测的基本原理和方法.输入的三维地震切片经过Steerable Pyramid分解后,不仅可以分析不同尺度不同方向上断裂的特征及走向,还可以通过重构得到经S函数控制的断裂信息,该断裂信息不仅仅是断裂的边缘检测,而是增强的断裂本身.将该算法应用于实际地震切片的断裂检测,得到了清晰的断裂信息,完整细致地展现了这些地质类型的特征,为构造解释、地震相表征及储层预测提供了有用信息.