基于模型融合的有限角度CT迭代重建方法

针对有限角度扫描的CT重建,提出一种基于模型融合的CT迭代重建方法。模型来源于患者的早期Dicom图像。对扫描角度有限的投影数据,用统计迭代算法进行初步重建,得到预重建图像;将预重建图像与模型进行融合,得到融合图像;然后再次投影,补全原始投影缺失的部分,根据补全的投影数据重建出中间结果,之后重复投影、融合、重建过程直到满足终止条件。仿真实验表明,该算法能完整重建整个目标,在有效保留原目标特征的同时提高了小角度投影数据重建的质量。     

沙堆内小型管线的探地雷达模型实验研究

地质雷达作为一种新的探测技术,广泛应用于城市管线探测、特别是非金属管道(直径Φ为150～400 mm)探测,取得了良好的效果,但是对小口径管道的探测研究不多.本实验是对埋于中等湿度、均匀介质沙堆内的Φ为40～150 mm的管线不同组合模型,进行900 M、600 M、200 M雷达反射波图像观测,探讨单管、双管、三管的图像特征,研究探地雷达图像的影响因素.研究结果显示:雷达探测的实际分辨率达不到理论分辨率;高频率天线图像精细,适合探测浅小的管线;管道充填水后,多次波明显增强;路面街砖会削弱雷达的管线异常信号,出现类似倾斜岩层等干扰信号;利用多次反射波可求得管径.本实验有助于我们在城市地下管线探测中能够快速准确地识别各类地下异常体的探地雷达图像.     

基于GprMax正演模拟的探地雷达根系探测敏感因素分析

应用探地雷达对植物根系进行探测的有效性已得到证实.但由于根系结构复杂,根围环境异质性强,针对基于探地雷达得到的根系探测数据的解读尚处于经验积累阶段.本研究首先通过对比根系探地雷达实测信号图像和模拟信号图像,证实了利用GprMax模拟探地雷达探测植物根系的有效性.其次通过定义不同根系空间结构和电性参数场景,模拟了不同条件下根目标反射信号的差异,并对影响探地雷达探测植物根系有效性的敏感因素进行了初步分析.模拟结果有助于探地雷达野外根系探测图谱的解译,为探地雷达在植物根系探测中的应用积累经验.     

基于光谱角匹配预测的高光谱图像无损压缩

在地表信息获取方面,高光谱遥感是对地观测技术的主要方法,观测同时产生了海量高光谱图像的存贮与传输问题.研究发现,高光谱图像具有独特的光谱上下文特征,可从光谱维分析高光谱图像的光谱相关性,并用光谱角来度量相邻像素间的光谱相似性的差异,探测水平或垂直光谱边界,由此提出了基于光谱角匹配预测(SAMP)的无损压缩算法.实验表明,SAMP算法的预测效果好于已有文献中提出的一些优秀算法,且具有低复杂性.     

圆锥型场源瞬变电磁数据AWPSO算法优化反演

瞬变电磁圆锥型场源装置有效的减小了线圈间的电感,提高了小装置探测地下浅层的分辨率,但常规反演方法需给定初始模型且反演精度不高.针对瞬变电磁法反演计算问题,通过对粒子群优化算法(PSO)和神经网络算法(BP)分析研究,改进了一种基于神经网络算法Sigmoid函数的自适应加权粒子群优化(AWPSO)算法.采用标准测试函数对算法进行试算,建立多个理论层状地质模型对该算法进行理论验证,最后在地质资料已知地区开展现场实验.计算结果表明,新提出的算法具有更高的全局搜索寻优能力和收敛速度快、计算精度高,且不需要给定初始模型;实验结果显示实测数据反演结果与高密度电法探测结果吻合,证明该算法能够对瞬变电磁探测数据进行反演计算且精度较高,可以在同类型的浅层探测任务中提供参考.     

钻孔瞬变电磁法扫描探测RCQPSO-LMO组合算法2.5D反演

利用钻孔进行超前探测地质构造及含水体是地下开挖工程中的常规手段,如何利用这些钻孔进行钻孔瞬变电磁法扫描探测,从而实现钻孔孔壁外围地质异常体的精细探测,对实现地下工程地质透明化具有重要的指导意义.本文提出钻孔瞬变电磁法扫描探测2.5D反演的数据解译方法,首先针对随机性反演算法时效性低,易陷入局部最优解,而确定性反演算法依赖初始模型的问题,提出了组合策略的量子粒子群优化算法用来随机搜索最优初始模型.在此基础上,利用Levenberg-Marquarat方法求解Occam反演的目标函数,形成了RCQPSO-LMO组合算法进行2.5D反演,通过对比组合算法和单一算法,验证了组合算法具有更精确的反演结果.其次结合屏蔽条件下扫描探测,对比分析了有无屏蔽的2.5D反演结果,通过设定屏蔽系数对非探测方向信号进行部分压制,可以较好地解决钻孔径向扫描探测中对非探测方向信号部分屏蔽下的反演及成像.最后建立三组理论模型进行组合算法2.5D反演,结果表明：组合算法反演结果与理论模型的一致性较好,对低阻异常体的反演精度较高,验证了组合算法对钻孔孔壁外围低阻异常体具有较高的反演精度和分辨能力.     

基于图像分割的成像测井资料目标拾取与计算

为了从FMI资料中提取定量信息,一个很重要的步骤就是要对FMI图像数据进行分割.即从实际FMI资料中分离出反映孔洞、裂缝的子图像,然后用相应的方法对分割后的子图像进行分析处理,提取相应参数.本文通过研究大量图像分割算法,认为奇异点多阈值分割算法、基于过度区的分割算法、Hopfield网络方法、基于图像间模糊散度的阈值化算法是FMI图像分割的有效方法,实现了从FMI图像中将地层中有用目标,从背景中分离出来.同时,为了得到孔洞及裂缝的形状参数,本文还研究了轮廓跟踪标识边缘的方法以及根据标识的边缘进行填充的算法.在此基础上,也研究了根据目标边缘坐标计算目标的长度、宽度、圆度、裂缝密度、孔洞密度等参数的方法.上述所有方法在SUN工作站GeoFrame平台上开发成功,通过对LX45等八口井的处理结果与岩心分析数据对比表明,效果较好.     

高频电磁波在不同目标体上反射图像特征研究

针对高频电磁波技术在北京勘察设计行业应用的空白,本次研究利用探地雷达技术对北京地区典型工程目标体进行了研究.针对不同的地下目标体对高频电磁波所反映出的不同反射特性,总结出一些图像特征规律.通过建立对各类雷达探测图像进行地质解释的理论依据和基础,本次研究对层状介质、地下管道、CFG桩、碎石夯扩桩、水泥土桩和洞穴等目标体的雷达图像特征进行了较系统的研究和总结,为今后日常的检测工作奠定了很好的基础.     

探地雷达用于隧道超前地质预报中数值模拟研究

隧道地质超前预报在隧道工程施工中有着重要的作用,探地雷达法(GPR)作为隧道地质超前预报方法之一,具有探测对施工干扰小、探测效率高的优点,但在图像解译和探测的深度方面存在不足.本文分析GPRMAX正演模拟的基础理论,并讨论了二维有限差分法(FDTD)基本参数的选取,对隧道前方的不良地质体进行正演数值模拟,得到不同地质体的反射图像特征,并结合工程实例,说明该正演模拟能够指导解译工作.     

采集参数对音频大地电磁法二维非线性共轭梯度反演结果的影响研究

非线性共轭梯度(NLCG)算法广泛应用于音频大地电磁法(AMT)二维反演中,并且取得了良好效果.本文以Rodi(2001)提出的大地电磁法二维NLCG反演理论和算法为基础,开展AMT野外数据采集参数(测线长度、点距、频点数)对二维反演效果的影响研究.通过低阻理论模型的试验结果表明:野外数据采集参数的选择应该以探测目标体的规模、深度以及背景电阻率为依据,测线长度应大于目标体宽度和探测深度的两倍以上,异常体上方测点数及探测深度范围内的频点数至少大于三个.     

SAR图像中目标的检测和识别研究进展

SAR图像以其独有的全天时、全天候观测能力、形态探测能力和对地表的穿透性,在地学应用中比光学遥感更具优势.本文结合SAR图像检测和识别应用技术的发展过程,综述了SAR图像在噪声抑制、线状特征和纹理特征提取、图像分割和目标检测等方面的研究进展;介绍SAR图像检测和识别的最新研究情况;最后分析当今国内外SAR图像检测和识别所面临的问题,并对未来发展进行展望.     

机载SAR探测图像中归一化雷达截面随入射角变化规律应用

机载SAR对海探测时,探测范围小和时空匹配难等局限使其无法借助风条纹和辅助资料反演海面风矢量.本文在仿真研究CMOD5.N地球物理模型参数的函数关系,实例分析机载SAR探测图像中距离向均值曲线变化规律的基础上,发现相同风向、风速条件下,CMOD5.N模型构建的标准曲线和探测图像的距离向均值曲线遵循统一的归一化雷达截面随入射角变化规律,且两者具有良好的相关性.据此,本文提出将距离向均值曲线与标准曲线逐条匹配,采用相关系数判定两者的相关程度,选择使得相关系数绝对值最大的标准曲线作为最优匹配曲线,进而直接确定风向和风速的海面风矢量反演方法.机载SAR飞行探测实验结果表明,海面风矢量反演结果与浮标观测结果的均方根误差为风向11.3°,风速0.9m·s-1,高于反演精度指标要求,原因在于该方法既避免了机载SAR探测图像中斑点噪声的影响,又不会产生局部最优解,提高了海面风矢量反演精度.     

台湾浅滩浅海水深SAR遥感探测实例研究

本文基于浅海地形SAR遥感成像机理,提出星载SAR图像浅海水深遥感探测新技术.利用该遥感探测新技术与浅海地形SAR遥感图像,在台湾浅滩海域进行了浅海水深SAR遥感探测实例研究.SAR遥感探测水深值与实测水深值的比较结果显示,SAR遥感探测水深值的均方根误差达到2.5 m,误差小于10%.表明SAR具有探测浅海水深的能力,本文提出的浅海水深SAR遥感探测技术是收敛与可行的.     

SAR浅海水下地形遥感探测技术综述

SAR已成为浅海水下地形探测的重要技术手段之一.与传统浅海水下地形探测技术相比,SAR浅海水下地形遥感探测技术具有明显的经济效益.该水深探测技术通过对浅海水下地形SAR图像仿真模型的反演求解,从SAR图像中提取水下地形信息.本文回顾了SAR浅海水下地形遥感探测技术的不同数值模型和应用实例,并针对目前SAR浅海水下地形遥感探测技术存在的问题和今后研究方向进行了探讨和总结.     

数字图像处理在汽车轮胎X射线检测中的应用

将数字图像处理与X射线检测的相关理论应用于轮胎子午线检测图像中质量问题的研究,在轮胎子午线图像与模板图像进行匹配时,对匹配算法进行了深入的研究,提出一种"先全局扫描,后小范围区域扫描"的搜索策略.     

基于聚焦合成的显微三维成像系统

本文利用显微镜物镜焦深范围有限,显微三维样本成像时需要一序列图像才能聚焦清晰特点,研究开发利用图像处理技术扩展显微成像焦深范围,应用改进Laplacian聚焦算子实现序列图像的融合显示,同时,提出了一种基于区域小波变换的序列显微图像融合算法并加以实现.用高斯插值算法得到三维显微图像的高度图,设计了一种网格轮廓线算法对高度索引图进行了三维重建显示和测量,并利用立体视觉原理生成了三维物体的左右视图和立体视图.应用此方法可以完成显微目标的表面三维参数的测量分析.     

基于EMD的GNSS时间序列异常值探测算法

考虑到传统谐波模型难以精确地描述GNSS坐标时间序列的非线性时变季节性变化,进一步影响了异常值探测.本文提出了一种基于经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)和四分位距统计量(Interquartile Range,IQR)的组合异常值探测算法.新算法的基本思想是:先采用EMD算法将GNSS坐标时间序列分解为若干不同频率的IMF(Intrinsic Mode Function)分量,并采用相关系数法进行信噪分离,最后采用IQR准则对残差序列进行异常值探测.模拟实验分析结果表明,传统算法仅能探测到83％的异常值,而新算法能够探测到91％的异常值.陆态网络实测数据分析结果进一步验证了新算法较传统算法能更加有效地探测出GNSS坐标时间序列的异常值.     

基于CBS的违禁品目标凸现

本文在分析基于CBS的人身安检图像基础上,提出了基于数学形态学膨胀累加、双阈值分割的违禁品分割算法.采用形态学的膨胀累加算法可以有效抑制噪声并提高目标能量;利用连通性判断获得违禁品候选区域;最后通过获得的数据对违禁品目标进行有效地凸现.     

基于深度学习的隧道衬砌结构物探地雷达图像自动识别

传统探地雷达图像识别方法中存在识别准确率不高,复杂目标体识别难度大,识别流程较为繁琐,不能实现端到端识别等问题,不能准确的识别实测数据.本文将深度学习中Faster R-CNN、YOLOv3这两种具有代表性的目标检测算法运用到探地雷达的图像识别当中.选择隧道的衬砌结构作为探测识别研究目标,制作了包含钢拱架、钢筋网、施工缝三类结构物标注的实测数据集.从准确率、召回率、平均准确率,准确率-召回率曲线等评价指标,分析了这两种算法在实测数据集上的表现.并对照典型的识别结果,结合这两种算法的原理说明了其运用到探地雷达图像自动识别上的特点.在测试集上,Faster R-CNN在钢拱架、钢筋网、施工缝三类结构物的识别中分别取得了95.5%、90.5%、96.8%平均准确率,YOLOv3则分别取得了90.0%、16.6%、95.3%平均准确率.实验结果表明两种深度学习目标检测方法在隧道衬砌探地雷达图像的识别上取得了良好的效果,其中Faster R-CNN整体效果更好,但会将多次波误识别为有效信号,YOLOv3较少误识别多次波,但是对钢筋网识别效果不好,两种方法搭配使用会形成优势互补.     

沈阳市活断层探测的设计思路

以《中国地震活动断层探测技术系统技术规程》为依据,结合沈阳、抚顺的实际情况,设计了沈阳市活断层探测的思路。沈阳市活断层探测划分为沈阳、抚顺两个目标区,确定沈阳目标区6条、抚顺目标区2条共8条断裂为目标断层。活断层探测实际上包括初查与目标断层地震危险性评价、详查与主要目标断层地震危害性评价两大阶段的工作内容,具体按照初查阶段目标断层的综合探测、深部地震构造环境探测、目标断层地震危险性综合评价、主要目标断层详细探测、地震危害性评价及活断层信息管理系统建设等几个步骤实施。目标断层的探测手段选取地球化学、地球物理(浅层地震、多道直流电法和探地雷达等)、钻孔探测等,同时结合高分辩率遥感、地震地质调查等方法,各种探测方法和手段根据其探测精度和适宜性分别应用于初查、详查等不同的探测阶段中,探测技术参数的选取在不同阶段也具有差异性,目的是为了实现各个阶段的探测目标。