选择性重排FDK算法及其GPU加速优化

FDK算法是目前三维图像重建的主流算法,但是传统重排FDK算法存在占用内存量较大、重建效率不高的问题,本文提出一种选择性重排FDK算法。根据重排前后投影数据的结构关系,计算出一轮重排所加载的最少锥形束投影,并使用循环队列对有限帧数的投影进行选择性加载,显著降低了重建对内存的消耗。此外,利用新算法较好的并行性,借助图形处理单元(GPU)对算法进行了硬件加速,大大提升算法的执行效率。为验证算法有效性,对5123规模的仿真数据和实际数据进行重建,在不损失重建精度的前提下,新算法占用内存约为传统算法的1/3或1/5。本文算法对传统重排FDK算法进行了改进,有效降低了计算机内存占用,较好地解决了大规模投影数据重建问题。      

非标准快速傅里叶变换算法综述

非标准快速傅里叶变换算法是一种用于处理非标准采样的快速算法,在信号处理领域有着广泛的应用。本文回顾了NUFFT算法的历史和发展,对通用的算法实现形式做了详细描述,介绍了该算法的最新进展和研究方向。对NUFFT算法在CT重建中的应用,如傅里叶重建,迭代重建,稀疏采样重建等也做了介绍。     

Ant-Miner算法改进及在地震预测中的应用

首先阐述了Ant-Miner算法的原理,然后从不同角度对Ant-Miner算法进行研究分析,并针对该算法的不足之处提出了相应的改进和优化方案.最后将经过改进的Ant-Miner算法应用到地震预测中.结果证明优化后的Ant-Miner算法比传统C4.5分类算法能达到更好的效果.     

由投影重建图像的对称网格迭代算法

本文对于工业CT检测中常用的代数迭代重建算法提出了改进,利用投影射线之间存在的几何对称结构,提出了图像重建的对称网格迭代算法(简写为SM-IRT).该算法简化了投影系数矩阵的计算,调整了迭代算法逐线校正的迭代顺序.对模拟数据和工业CT实测数据进行了重建图像的数值实验,结果表明:与常规算法比较,本文提出的新算法重建速度快,成像精度高.     

多层CT重建算法对比研究

目前多层CT的重建算法主要有基于FDK的三维滤波反投影算法以及基于多层投影数据重排的二维FBP重建算法。本文对传统的FDK算法、基于投影角度二维/三维加权的CB-FBP算法以及自适应轴向插值AAI-FBP算法的性能进行了对比实验,并对实验数据进行了细致地分析。实验结果表明:在这几种重建算法中,AAI-FBP算法对于多层CT的重建效果最好,这对于后续多层CT重建算法的改进以及临床应用研究提供了可靠的实验依据。     

考虑阻尼影响的修正CD-Newmark组合算法数值特性研究

显-隐式组合数值积分算法结合了显式算法无需迭代和隐式算法无条件稳定的各自优点,是结构抗震拟动力试验顺利运行的关键.在对传统显式中央差分法和隐式Newmark β组合算法进行参数修正的基础上,建立了修正CD-Newmark算法,考虑阻尼的影响分析了组合算法的稳定性条件、周期失真率和数值阻尼比,分别得到了试验子结构的稳定性条件和计算子结构无条件稳定的参数合理取值范围,并对计算精度进行了分析.通过算例分析验证了算法的数值特性,从而初步解决了CD-Newmark算法存在稳定性界限过严的问题,为结构抗震拟动力混合试验提供了研究参考.     

电离层三维层析成像的自适应联合迭代重构算法

在电离层层析成像过程中,联合迭代重构算法是一种常用的反演算法.然而,该算法迭代收敛较慢,反演结果精度不高.为此,本文发展了一种自适应的联合迭代重构算法,该算法利用上一轮的电离层电子密度反演结果,自适应地调整松弛因子和加权参数.通过模拟数据和实测数据对该算法的反演结果进行了验证,并将得到的反演结果与电离层测高仪数据进行了比较,结果表明,该算法能够有效地反演电离层电子密度,且反演结果精度优于常用的联合迭代重构算法.     

大地电磁阻尼粒子群优化反演法研究

粒子群优化算法（PSO）是模仿鸟群寻找食物的社会行为的一种全局最优化算法,在多维空间函数寻优、动态目标寻优等方面有着收敛速度快、解质量高且需要设置的参数较少等优点.本文在研究常规粒子群优化算法的基础上,对常规的粒子群算法进行了改进,提出了一种新的惯性权重ω参数振荡递减策略,加快了PSO算法的收敛速度,构造的新算法称为阻尼粒子群优化算法.在MATLAB 6.5 编程环境中对阻尼PSO算法进行了数值实验,并对大地电磁测深的理论模型和实测数据进行了反演试算,结果表明,阻尼PSO算法不依赖于初始模型、能够搜索到全局极值,不易陷入局部极值,是一种快速有效的地球物理反演方法.     

基于复数道地震记录的匹配追踪算法及其在储层预测中的应用

匹配追踪算法是一种高精度的非线性的时频分析方法.该方法自从提出以来在地球物理学领域得到了广泛的应用.在以前的应用中,作者们都是在实信号的基础上对算法原理作了适当的简化.本文在复数地震道的基础上,基于复Morlet子波,阐述了匹配追踪算法的原理及其算法实现过程,并给出了具体的算法流程图.通过与传统的时频分析的比较,验证了该算法具有较高的时频分析精度.对于实际资料的应用表明,该算法能够很好的显示储层的位置与边界.     

一种线性走时插值射线追踪改进算法

针对线性走时插值算法(LTI)不能正确追踪逆向传播射线的问题, 目前已提出多种改进算法, 如扩张收缩LTI算法、 循环计算LTI算法、 动态网络最短路径射线追踪算法等, 但这些算法的计算效率普遍偏低. 在分析各种改进LTI算法的优劣后, 本文提出了改进动态网络最短路径射线追踪算法. 该改进算法依据波的传播规律以及LTI算法的基本方程, 排除动态网络最短路径射线追踪算法中大量冗余节点计算, 并采用传统的二叉树堆排序算法对波前阵列节点进行管理. 数值算例表明, 本文提出的改进算法具有较高的计算效率, 其计算效率是动态网络最短路径射线追踪算法的4.5—30倍, 是原始LTI算法的2—6.5倍; 当动态网络最短路径射线追踪算法采用堆排序算法时, 改进算法的计算效率是其3.5—15倍.      

路基病害识别算法与应用研究

本文通过对支持向量机原理以及路基病害特征的讨论和分析,提出了基于支持向量机的探地雷达回波信号识别算法;利用所提出的算法对探地雷达实测数据进行处理,试验结果表明该算法的识别效果优于神经网络算法,并且该算法克服了神经网络的过学习和局部极小值的缺点,是一种适合路基病害识别的高效算法.     

频率域Bregman自适应稀疏脉冲反褶积方法（英文）

为解决时间域Bregman迭代算法计算效率低、抗噪能力不强的问题,提出了一种高效、自适应的频率域Bregman稀疏脉冲反褶积算法。通过对传统时间域Brgman算法进行频率域推导,得到了一种基于频率域计算的Bregman求解算法。在频率域进行Bregman算法的求解,有效避免了高斯噪音和离群噪音对算法收敛性的影响,并且通过在主频带范围计算,算法较时间域求解效率大幅提高。在求解过程中,引入了广义交叉验证(Generalized Cross Validation,GCV)的方法优选正则化参数,使算法具有了自适应参数选择的能力。通过建立不同的模型,分别使用时间域和频率域Bregman算法进行求解,验证了改进算法在抗噪音、计算效率和自适应方面的优势。最后,将改进方法与常规时间域Bregman算法分别应用于吐哈盆地某实际资料,处理结果表明改进方法较传统算法有更优异的表现。     

基于相对TV最小的CT图像重建算法

总变差（TV）最小算法是一种有效的CT图像重建算法,可以对稀疏或含噪投影数据进行高精度重建。然而,在某些情况下,TV算法会产生阶梯状伪影。在图像去噪领域,相对TV算法展现了优于TV算法的性能。鉴于此,将相对TV模型引入图像重建,提出相对TV最小优化模型,并在自适应梯度下降-投影到凸集（ASD-POCS）框架下设计对应的求解算法,以进一步提升重建精度。以Shepp-Logan、FORBILD及真实CT图像仿真模体进行重建实验,验证了该算法的正确性并评估了算法的稀疏重建能力和抗噪能力。实验结果表明,相对TV算法可以实现逆犯罪,可以对稀疏或含噪投影数据进行高精度重建,与TV算法相比,该算法可以取得更高的重建精度。      

混合最优化算法在地球物理学中的应用现状与前景

简要概述了局部最优化、全局最优化的优缺点和混合最优化算法的基本内容；详细总结论述了模拟退火算法与线性化方法结合、模拟退火算法与单纯形和均匀设计方法结合、神经网络与遗传算法结合、模拟退火算法与共轭梯度法结合、神经网络与模拟退火算法结合、遗传算法与局部算法结合等混合最优化算法在地球物理学中应用现状及其优缺点；最后展示了混合最优化算法的应用前景．     

基于BS-MUSIC的定向钻孔雷达三维成像算法

定向钻孔雷达由位于井中的一个发射天线和分布于圆环上的呈等角度分布的四个接收天线组成,能确定井旁地质目标的深度和方位.然而,目标方位确定和三维成像的算法问题一直是该技术面临的挑战.本文将空间谱估计中的BS-MUSIC算法应用于定向钻孔雷达目标方位识别算法中,在此基础上提出并实现了利用四个接收天线的信号对井周地质体进行三维空间成像的算法.使用合成数据对以上算法的效果进行验证,并和通常的MUSIC算法进行比较,结果表明,MUSIC算法和基于波束空间的MUSIC算法均可以在方位确定和三维成像方面取得非常好的效果,但计算速度方面,BS-MUSIC算法相比于MUSIC算法有了非常明显的提升.     

瑞雷波频散函数的快速算法

Knopoff的瑞雷波频散函数快速算法存在上下限溢出和有效数字损失的缺陷,Schwab对该算法作了"归一化"和"细分层法"两项改进,也只是部分地控制了计算溢出,作者针对Knopoff和Schwab算法上存在的缺陷提出了二次归一化算法,有效地解决了瑞雷波频散函数快速算法所存在的计算溢出及计算的高频上限欠低的问题.     

迭代法在三维网络模型最短路径射线追踪中的应用

目前有许多基于二维网格模型的射线追踪算法,但应用与三维网格模型的射线追踪算法较少,主要是因为三维网格射线追踪算法在算法实现、编程以及图形显示方面都有一定难度.本文提出了一种适用于三维网格射线追踪的迭代算法,并应用于几种理论模型,同时实现了三维绘图显示,通过研究证明迭代算法能在一定程度上提高三维网格射线追踪的精度和速度.     

基于曲线拟合的改进型FDD算法ImCFDD

提出了一种基于曲线拟合的改进型FDD算法Im CFDD,以加速度自功率谱矩阵的SVD分解得到的主奇异值为对象,推导了主奇异值与模态参数间的关系。推导表明:主奇异值与加速度自功率谱函数是等价的,奇异值可以分解为关于频率ω的分子和分母均为4阶的比值形式。据此建立了求解模态参数的表达式,并给出了迭代拟合算法。所提算法同频域分解算法FDD、增强型的频域分解算法EFDD、曲线拟合频域分解算法CFDD、频域空间分解算法FSDD有着本质的不同,在公式的推导上做了最小的简化,同时考虑了负频率部分和共轭极点部分的贡献,得到的模态参数求解方程是非线性的,需要迭代求解。最后,采用数值模型验证了新算法的有效性。     

基于波形分类和子波形提取的雷达高度计近海波形重构算法

雷达高度计是测量海洋动力参数的重要传感器,为解决雷达高度计在近海测量数据不可用的问题,基于大量波形的分析及已有波形重构算法的比较,本文提出了一种基于波形分类和子波形提取的近海波形重构算法（OceanCS）.采用了验潮站的实测水位以及浮标的实测有效波高数据对算法的结果进行了验证.结果表明,本文提出的算法在近海的回波波形处理方面要优于其他五种算法（海洋算法、OCOG算法、Ice-2算法、Beta5算法和阈值算法）,并且不仅可反演海面高度、还可反演有效波高.通过对高度计的近海回波波形进行重构处理,可以提高近海测高数据的数量和质量.     

基于Chambolle-Pock框架的核TV多通道图像重建算法

总变差最小化算法是一种基于压缩感知理论的图像重建算法,能够从稀疏投影或含噪投影数据中高精度地重建图像,已经被广泛应用于计算机断层成像、磁共振成像、电子顺磁共振成像。能谱CT、T1或T2加权的MRI及EPRI均属于多通道成像。逐通道TV算法可以实现较高精度的图像重建,然而忽略了各通道图像之间的相似性。核TV算法是一种考虑了通道间图像相似性的TV类算法,可以实现高精度图像重建。面向多通道图像重建,以CT重建为研究范例,本文提出一种Chambolle-Pock算法框架下的核TV多通道图像重建算法。通过仿真模体和真实CT图像模体的重建实验,验证算法的正确性,分析算法的收敛性,探索算法参数对收敛速率的影响,评估算法的稀疏重建能力及含噪投影重建能力。结果表明,相对于逐通道TV算法,所提算法可以取得更高的重建精度。核TV算法是一种高精度的多通道图像重建算法,可以应用于各种成像模态的多通道重建场合。