X射线CT射束硬化校正方法综述

在X射线CT成像系统中,实际使用的X射线一般都具有连续能谱的,这就必然导致射线在穿过物体的过程中出现射束硬化现象,从而使得重建图像中出现杯状的硬化伪影。硬化伪影会降低CT图像质量,影响检测的精度。因此,对射束硬化的校正一直是CT成像领域的研究难点和热点之一。本文分析了射束硬化产生的原因,对近年出现的射束硬化校正方法进行了总结,并对射束硬化校正方法研究的前景进行了展望。     

X射线CT射束硬化校正方法综述

在X射线CT成像系统中,实际使用的X射线一般都具有连续能谱的,这就必然导致射线在穿过物体的过程中出现射束硬化现象,从而使得重建图像中出现杯状的硬化伪影.硬化伪影会降低CT图像质量,影响检测的精度.因此,对射束硬化的校正一直是CT成像领域的研究难点和热点之一.本文分析了射束硬化产生的原因,对近年出现的射束硬化校正方法进行了总结,并对射束硬化校正方法研究的前景进行了展望.     

血管液态金属造影成像金属伪影校正算法研究

X射线显微CT可用于研究解剖学血管网络的可视化问题。为了突出显示血管,可向血管中注入液体金属造影剂。但是由于液体金属造影剂具有较高的线性衰减系数,会在重建图像上产生放射状的金属伪影,造成血管边界不准确。为了解决这一问题,基于骨硬化校正方法,提出了新算法。实验结果表明该方法能减轻离体猪肾血管造影成像的金属伪影,提高成像质量。      

一种基于多能统计的射束硬化校正方法

在X射线层析成像(X-CT)系统中,传统的CT重建算法都基于射线源是单能的假设提出的,而实际的射线源是多能的,直接由多能投影数据用传统的重建算法重建图像,会导致硬化效应。本文把实际的多能谱细化成若干个子能谱,根据光子数服从Poisson分布这一规律建立数学模型,在传统迭代重建算法的基础上,借用统计的方法进行参数估计。实验结果表明该方法可以有效消除重建图像中的杯状伪影,提高重建图像质量。     

页岩微米孔隙结构重构的非光滑正则化及快速梯度优化算法

页岩微观结构认识是页岩气勘探开发的基础.传统的探测手段是基于表面的有损观测方法.本文应用上海光源同步辐射技术对页岩结构进行无损探测获取投影数据,该技术可以避免X射线硬化.我们利用X射线计算机断层成像技术进行图像恢复,提出了L1模+TV(全变差)非光滑正则化方法抑制噪声影响,提高图像对比度.实验证明,该方法是准确重建页岩微观结构的有效方法.     

工业X射线CT中基于深度学习的射束硬化伪影抑制方法

利用工业CT进行无损检测时,由于实际X射线源的宽能谱特性,目前现有的大部分重建算法得到的图像含有射束硬化伪影。射束硬化伪影降低了图像的质量,影响了CT图像应用,如CT图像诊断等。本文提出一种基于深度学习的减少硬化伪影的方法,用大量含有硬化伪影的断层图像作为输入,用相应的在固定能量下重建的不含硬化伪影的图像作为输出来训练卷积神经网络。通过建立含有硬化伪影的断层图像与不含硬化伪影的断层图像之间的映射关系,来抑制硬化伪影。实验结果证明了本文所提方法在降低CT图像硬化伪影上的有效性。      

可同时抑制多种图像伪影的最优骨校正

X线CT系统球管发射宽能谱X光子,使得重建图像中出现射束硬化伪影,如杯形和条纹伪影;成像对象体内还可能存在金属植入物,使得重建图像中出现金属伪影。多种图像伪影的同时出现,势必严重退化临床诊断精度,有必要深入研究加以抑制。本文利用数据一致性条件构造目标函数;利用非线性最小二乘和交替迭代优化算法求解最优尺度因子;最终得到可同时校正杯形、条纹和金属伪影的最优骨校正方法。计算机仿真实验结果表明,该方法的确能够自适应确定出最优尺度因子,从而同时校正多种图像伪影。      

基于平板探测器的锥束CT散射校正方法

针对基于平板探测器的锥束CT系统固然存在的散射伪影,提出在X射线源和被检测物体之间添加一个射束衰减网格装置的散射校正方法。本文首先介绍了射束衰减网格的实验装置,然后推导了基于射束衰减网格的锥束CT散射校正方法,最后通过圆柱样品实验验证了算法的可行性。实验结果表明,研究提出的散射校正方法能有效减少基于平板探测器的锥束CT系统散射伪影,提高了重建切片图像的质量。     

板状构件X射线层析截面重建方法与实验

为了实现对板状构件的截面重建与缺陷检测,建立了X射线层析截面重建系统。对该系统的成像方法、重建精度、层析截面重建算法等进行研究。首先,提出并论述了采用特殊的成像方式获取X射线透视图像实现分层摄影功能的方法和层析截面重建原理。接着,对上述成像系统进行重建精度分析和运动系统校准。然后,根据上述成像方法获取已知形状检测工件的透视图像,并根据校准结果进行修正,对获取的图像按层析截面重建方法进行重建实验。最后,根据实验重建结果,进行仿真实验并优化重建参数。实验结果表明：探测器旋转步进角为0.5°时,重建图像伪影减小,使用S-L滤波器后,轮廓边缘更为清晰。该层析截面重建方法能有效重建X射线最大入射角内的信息,增大入射角并适当调整检测物角度,可获得清晰的截面图像。     

基于Radon变换的CT图像杯状伪影校正

目的:目前的射束硬化校正算法大多需要能谱、检测器特性等信息。针对硬化校正的复杂性,提出一种基于图像后处理的硬化校正方法。方法:首先将带有杯状伪影的水模体CT图像中水的部分分割出来并对其做Radon变换以获取水的投影信息,以此信息构建带有未知系数的校正模型;然后将校正模型与理想图像对比,当它们之间的差异最小时,确定出校正模型的未知系数。利用确定出来的系数和预校正图像软组织的投影信息组合成的校正模型校正实际CT图像,以此消除实际CT图像中的硬化杯状伪影。结果:通过模拟数据验证表明,该方法能去除医用CT中由于射束硬化而引起的杯状伪影。结论:本文提出的方法在不需要能谱信息及投影数据的情况下就能进行杯状伪影的校正,提高了硬化校正的灵活性。      

不同纵波速度介质中炸药震源激发数值模拟研究

震源激发是影响地震勘探效果的一个重要因素,在油气勘探中需要选择合适的震源参数以获取较好的地震记录。本文以数值模拟方法为基础,通过使用ANSYS/LS-DYNA软件,对单井条件下不同岩土介质中柱状炸药震源激发进行了对比研究,计算得到相应的地震子波。通过对比分析各组参数对应的地震子波振幅和频谱,选择合适的激发参数。研究结果表明,在纵波速度较低的介质中,中低爆速、细长药柱炸药激发产生的地震子波频率高、能量大,而在纵波速度较高的介质中,高爆速、短粗药柱炸药激发产生的地震子波频率高、能量大。该研究结果与实际勘探结果比较符合,可为实际勘探中激发参数的选择提供参考。      

在频率域基于小波变换和Hilbert解析包络的CSEM噪声评价

传统CSEM一般只提取主频信号,或以谐波与主频的振幅比为依据提取部分低阶谐波信号,但缺乏判断标准,实际操作中存在很大的不确定性.本文基于小波变换和希尔伯特解析包络提出一种新的CSEM信号噪声评价方法,首先在时间域中基于混合基快速傅里叶变换获得原始信号准确功率谱;其次在频率域中根据CSEM频率位置相邻频率幅值进行频谱预处理,基于离散小波变换将预处理后的频谱分成低频部分和高频部分,基于希尔伯特变换识别高频部分的上包络线,并与低频部分重构得到频谱的整体上包络线;最后根据包络线与对应CSEM频率振幅的比值估计噪声的影响幅度,根据阈值筛选出高信噪比的主频和谐波信号.本方法不需增加野外工作量即可提取大量的频率信号,特别是高阶谐波信号,实现频率加密,提高CSEM的纵向分辨能力和能源利用率.     

基于高灵敏度检波器数据的分频匹配滤波方法及其应用(英文)

具有较高自然频率的高灵敏度检波器在采集数据时可以通过压制低频信号来相对提高高频能量,但这也造成了其低频响应差的问题,如果将高灵敏度数据与常规数据进行优势组合,就可以达到拓宽频带的目的。为此,本文提出分频段匹配滤波的方法,即在保持常规数据低频优势的前提下,对其高频端进行匹配滤波,实现不同频带范围内的优势互补,从而改善地震记录。通过引入不同主频的雷克子波模拟得到具有常规数据和高灵敏度数据特点的理论模型,论证了分频匹配滤波方法的可行性。在对野外单炮地震记录处理中发现,分频匹配滤波方法拓宽了地震记录的有效频带宽度,提高了地震记录的分辨率。     

基于低频信息补偿的数据驱动Marchenko成像

基于常规地震干涉法和地震超越干涉法,提出了SI和BSI的结合方法SIBSI,即在SI被动源低频信息提取的基础上,重构主动源BSI地震数据,并利用BSI进行格林函数重构和面向目标的Marchenko成像.研究了基于频率优势的主动源低频重构方法,在完整保留了主动源信号高频信息的基础上,有效重构了低频信息,拓宽了地震数据的频带范围.讨论了含有自由表面多次波的地震数据在Marchenko成像中应用的方法.设计了一个含有高阻抗地层的模型,在该模型上使用SI低频信息重构BSI主动源地震数据,最后与纯主动源地震数据的格林函数重构和Marchenko成像进行了对比,证明了本文所提出方法的有效性、抗噪性以及在提高成像效果中的优势.     

基于频域衰减的时域全波形反演

时域全波形反演由于采用了全频段信息,因此在迭代过程中不同波长的信息不能由低到高的逐步重建,极易陷入局部极小值.本文通过分频段的方式,对地震数据做正反傅里叶变换,利用频域指数衰减的方法逐级分离出地震数据中的高频成分,在时域上实现由低频向高频的波形反演,从而降低了反演的非线性,使不同波长的信息得到稳步恢复.同时,在高频成分衰减的过程中,后至波的能量也被削弱,由此也降低了深层反射在初始反演过程中的干扰.整个反演仅增加对数据做正反傅里叶变换过程,相较于混合域反演,无需提取全部波场的相应频率成分.在计算效率方面,利用GPU进行加速,并采用CUDA自带函数库中cufft来提高计算效率.通过对Marmousi模型测试,验证了所述方法的有效性.     

地震资料波阻抗多尺度融合反演

本文依据最佳约束反演策略,应用波动方程多尺度反演方法反演中频段波阻抗.利用神经网络技术实现对中频段波阻抗的标定及高、中、低频波阻抗的融合,避免了因高、中、低频波阻抗频段重叠及中频段波阻抗精度低所造成的反演结果的误差.这种方法具有对初始模型依赖性低、收敛速度快、反演结果稳定、抗噪能力强等特点.     

区域短波通信台网选频的研究

河南省地震局短波通信台网的工作频率被限制在短波的低频段，受干扰严重，中心台又位于市中心，环境噪声电平很高，加之，局网内可用的电台大部分发射功率小、抗干扰性能差。这些因素给通信台网的工作频率选择带来困难。为提高区域通信的质量，在对短波电离层信道传播特性进行分析的基础上，结合本地大气噪声和环境噪声的实际情况，对河南省地震局通信网的选频问题进行了研究，给出了选频的原则和方法，介绍了选频试验的结果和体会。     

航空重力傅里叶基追踪低通滤波方法研究

航空重力测量受到各种各样的高频噪声干扰,因此,低通滤波是提取重力信号的重要环节,其关键在于设计性能优越的低通滤波器.目前航空重力测量中常用FIR（Finite Impulse Response）低通滤波方法存在明显的滤波边缘效应,导致不得不舍弃边缘部分数据.针对这一问题,本文引入一种可以有效抑制边缘效应的新方法——傅里叶基追踪低通滤波方法（Fourier Basis Pursuit Low Pass Filter,FBPLPF）.该方法通过基追踪准则,选择全局优化,采用凸优化中的内点算法,将低频信号挤压在低频上,实现低频信号与高频信号的有效分离,能够有效减少有限时间序列造成的谱污染和谱泄漏.最后利用仿真实验和实测数据对该方法进行了验证,均方根误差（RMS）东西测线为0.7×10^-5 m·s^-2,南北测线为1.4×10^-5 m·s^-2,与FIR低通滤波方法舍弃边缘数据后统计的均方根误差相当.表明该方法可以不舍弃或者舍弃少量边缘数据,提高航空重力数据的利用率.     

基于自适应非稳态相位校正的时频域多尺度全波形反演

本文提出非稳态相位校正时频域目标函数,通过缩小观测数据与模拟数据在波形相位上的差异来缓解全波形反演过程中对应波形匹配错位的问题（周波跳跃）.同时引入自适应相位校正因子,可以根据观测数据与模拟数据的差异来调整相位校正量的大小.在构建非稳态相位校正时频域全波形反演目标函数的基础上,利用链式法则详细推导了对应的伴随震源,并从理论上证明了该方法的可行性与优越性.数值测试过程中结合了低通滤波多尺度反演策略,进一步缓解全波形反演过程中的强非线性问题.缺失低频分量测试结果表明,利用自适应非稳态相位校正时频域多尺度全波形反演方法结合常规全波形反演方法在缺失7 Hz以下低频分量的地震数据中仍然能够得到高精度的反演结果.震源不准确测试结果表明,即使震源子波相位差异较大,利用非稳态相位校正方法仍然能够一定程度上缓解周波跳跃现象.测试结果综合证明了本文提出的方法在构建初始速度建模,缓解周波跳跃等方面具有一定的优势.     

Data correction of the force balanced accelerometer

Conclusion Successive formula method for data correction of force balanced accelerometer proposed in this paper is obviously effective for time domain data processing. The method has such characteristics that computing precision is high and is not artificial ascertain filter frequency window. Using successive formula can give a parameter identifying method of the damping ratio and the natural angular frequency for force balanced accelerometer. On this problem, we will research in another paper.