層析成象是在物體外部發(fā)射物理信號(hào)，接收穿過(guò)物體且攜帶物體內(nèi)部信息，利用計(jì)算機(jī)圖象重建方法，重現(xiàn)物體內(nèi)部一維或三維清晰圖象。 下面是小編精心推薦的一些層析成像技術(shù)論文，希望你能有所感觸!

　　層析成像技術(shù)論文篇一

　　前言

　　層析成象是在物體外部發(fā)射物理信號(hào)，接收穿過(guò)物體且攜帶物體內(nèi)部信息，利用計(jì)算機(jī)圖象重建方法，重現(xiàn)物體內(nèi)部一維或三維清晰圖象。 層析成象技術(shù)最大的特點(diǎn)是在不損壞物體的條件下，探知物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的幾何形態(tài)與物理參數(shù)(如密度等)的分布。層析成象與空間技術(shù)、遺傳工程、新粒子發(fā)現(xiàn)等同列為70年代國(guó)際上重大科技進(jìn)展。層析成像應(yīng)用非常廣泛，如醫(yī)學(xué)層析的核磁共振成像技術(shù)、工業(yè)方面的無(wú)損探傷、 在軍事工業(yè)中，層析成象用于對(duì)炮彈、火炮等做質(zhì)量檢查、在石油開(kāi)發(fā)中被用于巖心分析和油管損傷檢測(cè)等，層析成象是在物體外部發(fā)射物理信號(hào)，接收穿過(guò)物體且攜帶物體內(nèi)部信息，利用計(jì)算機(jī)圖象重建方法，重現(xiàn)物體內(nèi)部一維或三維清晰圖象。 聲波層析成像技術(shù)

　　聲波層析成像方法所研究的主要內(nèi)容，一個(gè)是正演問(wèn)題，即射線(xiàn)的追蹤問(wèn)題，是根據(jù)已知速度模型求波的初至?xí)r間的問(wèn)題;另一個(gè)問(wèn)題就是反演問(wèn)題，即根據(jù)波的初至?xí)r間反求介質(zhì)內(nèi)部速度或者慢度分布的問(wèn)題。層析成像效果的好壞與解正演問(wèn)題的正演算法和解反演問(wèn)題的反演算法都有直接的關(guān)系。 論文詳細(xì)研究聲波層析成像的射線(xiàn)追蹤算法，重點(diǎn)探討了基于Dijkstra算法的Moser曲射線(xiàn)追蹤算法，并用均勻介質(zhì)模型、空洞模型、低速斜斷層等模型使用Moser曲射線(xiàn)追蹤時(shí)的計(jì)算精度與計(jì)算效率，發(fā)現(xiàn)了內(nèi)插節(jié)點(diǎn)是影響Moser曲射線(xiàn)追蹤效果的主要因素，得到了內(nèi)插節(jié)點(diǎn)數(shù)為5～7之間，計(jì)算速度較快，計(jì)算精度較高。模型試算的結(jié)果表明，正演采用內(nèi)插10個(gè)節(jié)點(diǎn)，

　　反演過(guò)程中采用內(nèi)插5個(gè)節(jié)點(diǎn)，效果最佳。 在層析成像正演算法的基礎(chǔ)上，詳細(xì)研究了誤差反投影算法(BPT)、代數(shù)重建法(ART)、聯(lián)合迭代法(SIRT);研究了非線(xiàn)性問(wèn)題線(xiàn)性化迭代的最速下降法、共軛梯度法(CG);重點(diǎn)推導(dǎo)和建立了層析成像的高斯—牛頓反演法(GN);詳細(xì)研究了非線(xiàn)性最優(yōu)化的蒙特卡洛法(MC)、模擬退火法(SA)、遺傳算法(GA);研究了將非線(xiàn)性全局最優(yōu)化和線(xiàn)性局部最優(yōu)化方法相結(jié)合的混合優(yōu)化方法，探討了基于高斯牛頓和模擬退火相結(jié)合(GN-SA)混合優(yōu)化算法。在此基礎(chǔ)上，以速度差為10%的低速斜斷層模型為例，詳細(xì)探討了線(xiàn)性化算法SIRT、GN;非線(xiàn)性最優(yōu)化算法SA、GA以及混合優(yōu)化算法GN-SA五種算法對(duì)該模型的計(jì)算結(jié)果，并探討了直射線(xiàn)和Moser曲射線(xiàn)追蹤的反演效果。數(shù)值試驗(yàn)表明，基于Moser曲射線(xiàn)追蹤的高斯—牛頓反演法的層析成像效果最佳，計(jì)算效率最高。 采用基于Moser曲射線(xiàn)追蹤的高斯—牛頓法，對(duì)速度差為25%的等軸狀空洞構(gòu)造、速度差為33%的不連通空洞模型、速度差為33%的高速巖脈進(jìn)行了反演試算，對(duì)于這些理論模型，高斯—牛頓法均取得了較好的成像效果。為進(jìn)一步驗(yàn)證各種層析成像法，在實(shí)驗(yàn)室制作了水泥臺(tái)和石膏板實(shí)物模型，并分別在水泥臺(tái)中央制作一個(gè)方形空洞，在石膏板中央制作一個(gè)倒“L”形空洞。對(duì)這兩個(gè)實(shí)物模型進(jìn)行了實(shí)測(cè)，對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)，用高斯—牛頓法進(jìn)行層析成像反演，均取得了較好的成像效果。 通過(guò)本文的研究和數(shù)值試驗(yàn)，得到了以下結(jié)論：(1)基于直射線(xiàn)追蹤方法，適用較為簡(jiǎn)單的地質(zhì)體，亦或是測(cè)量精度要求不高的問(wèn)題。由于直射線(xiàn)追蹤方法在成像過(guò)程中，只需要追蹤一次就可以

　　求得距離矩陣，這樣它的成像速度比較快，而基于Moser曲射線(xiàn)追蹤的SIRT成像反演法，在迭代過(guò)程中，需要不斷地進(jìn)行距離矩陣的更新，計(jì)算速度相當(dāng)慢。因此，當(dāng)實(shí)際地質(zhì)情況比較簡(jiǎn)單時(shí)候，可以考慮先采用直射線(xiàn)方法進(jìn)行成像，然后采用曲射線(xiàn)追蹤進(jìn)行構(gòu)造精細(xì)解釋。(2)基于Moser曲射線(xiàn)的射線(xiàn)追蹤方法，追蹤效果與內(nèi)插節(jié)點(diǎn)的數(shù)目有較大的關(guān)系。(3)在Moser曲射線(xiàn)追蹤基礎(chǔ)上，結(jié)合SIRT層析成像反演方法，對(duì)正演模擬的旅行時(shí)間進(jìn)行了成像反演。當(dāng)速度差異小于15%時(shí)，基于曲射線(xiàn)的SIRT層析成像反演結(jié)果與直射線(xiàn)情況下差異不大;當(dāng)速度差高達(dá)33%時(shí)，基于直射線(xiàn)的SIRT層析成像方法對(duì)高速異常區(qū)的成像效果仍然比較好。但當(dāng)速度差異大于67%時(shí)，基于直射線(xiàn)的SIRT成像效果比較差，但是基于Moser曲射線(xiàn)的追蹤方法，仍然可以給出比較好的成像效果。(4)基于Moser曲射線(xiàn)的高斯—牛頓反演層析成像方法，進(jìn)行了反演。(5)通過(guò)方法的比較，高斯牛頓法一般只需要迭代2～3次，就可以得到比較好的成像效果。而一般的SIRT成像方法，需要迭代10次左右才能得到比較好的成像效果。(6)理論模型的數(shù)值試驗(yàn)表明，盡管非線(xiàn)性最優(yōu)化方法在理論上可以收斂到全局最優(yōu)解，但是在實(shí)踐過(guò)程中，非線(xiàn)性最優(yōu)化算法SA、GA以及混合最優(yōu)化方法，目前仍然存在搜索次數(shù)太大，搜索時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等弊病而無(wú)法實(shí)用。 這些理論模型和實(shí)測(cè)資料的反演結(jié)果，為建筑物構(gòu)件等的無(wú)損檢測(cè)提供了理論依據(jù)。

　　一.井間地震層析成像技術(shù)

　　井間地震層析成像技術(shù)是利用地震波在不同方向投射的波場(chǎng)信息, 對(duì)地下介質(zhì)內(nèi)部精細(xì)結(jié)構(gòu)(速度、衰減系數(shù)、反射系數(shù)等的分布)進(jìn)行成像, 以其分辨率高、解析成果直觀等特點(diǎn), 廣泛應(yīng)用于工業(yè)及 民用建筑、公路、鐵路、環(huán)境等方面工程地質(zhì)勘察中。井間層析成像可分為基于射線(xiàn)理論的走時(shí)層析成像和波動(dòng)理論的繞射層析成像兩類(lèi)。井間地震波場(chǎng)信息豐富復(fù)雜, 波場(chǎng)識(shí)別和分離比較困難, 而直達(dá)波至相對(duì)簡(jiǎn)單, 故工程勘察中常常采用基于射線(xiàn)理論的直達(dá)波至走時(shí)層析成像。井間地震層析成像的核心問(wèn)題是: 􀈝至波走時(shí)和線(xiàn)路徑計(jì)算, 即正演問(wèn)題; 􀀚過(guò)不同的重建算法進(jìn)行成像、解釋即反演問(wèn)題。筆者正演采用最短路徑法射線(xiàn)追蹤, 反演采用基于正交分解最小二乘法(簡(jiǎn)稱(chēng)LSQR 算法)的反演算法。

　　1、 最短路徑法射線(xiàn)追蹤

　　它是基于Fermat最小旅行時(shí)原理和網(wǎng)絡(luò)理論中的最短路徑算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。把地下介質(zhì)離散成若干小單元體, 并在各單元邊界上設(shè)置一些節(jié)點(diǎn), 地下速度模型就可表示成由這些節(jié)點(diǎn)以及它們之間的連線(xiàn) 所形成的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)只能與彼此相鄰的節(jié)點(diǎn)連接。相鄰節(jié)點(diǎn)之間的連接權(quán)等于地震波沿其連線(xiàn)傳播的旅行時(shí)。一條路徑是由相互連接的節(jié)點(diǎn)序列組成的, 沿著該路徑的旅行時(shí)為該路徑上所有連接權(quán)之和。從一個(gè)節(jié)點(diǎn)到另一個(gè)可能有無(wú)數(shù)條路徑, 按照Fermat原理, 把旅行時(shí)最小的路徑近似為地震波傳播通過(guò)的射線(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)中, 速度場(chǎng)分布在離散的節(jié)點(diǎn)上。相鄰節(jié)點(diǎn)之間的旅行時(shí)為他們之間歐氏距離與其平均慢度之積。將波陣面看成是由有限個(gè)離散點(diǎn)次級(jí)源組成, 對(duì)于某個(gè)次級(jí)源(即某個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)) , 選取與其所有相鄰的點(diǎn)(鄰域點(diǎn))組成計(jì)算網(wǎng)格點(diǎn); 由一個(gè)源點(diǎn)出發(fā), 計(jì)算出從源點(diǎn)到計(jì)算網(wǎng)格點(diǎn)的透射走時(shí)、射線(xiàn)路徑和射線(xiàn)長(zhǎng)度; 然后把除震源之外的所有網(wǎng)格點(diǎn)相繼當(dāng)作次級(jí)源, 選取該源點(diǎn)相應(yīng)的計(jì)算網(wǎng)格點(diǎn),計(jì)算出從次級(jí)源點(diǎn)到計(jì)算網(wǎng)格點(diǎn)的透射走時(shí)、射線(xiàn)路徑和射線(xiàn)長(zhǎng)度; 將每次計(jì)算出來(lái)的走時(shí)加上從震源到次級(jí)源的走時(shí), 作為震源點(diǎn)到該網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的走時(shí), 記錄下相應(yīng)射線(xiàn)路徑位置及射線(xiàn)長(zhǎng)度。

　　2、層析成像的反演LSQR 算法

　　LSQR 方法是Pa ige 和Sanders在1982 年提出的, 它是利用Lanczos迭代法求解最小二乘問(wèn)題的一種方法。LSQR 方法具有計(jì)算量小的優(yōu)點(diǎn), 并且能很容易地利用矩陣的稀疏性簡(jiǎn)化計(jì)算, 因而適合 求解大型稀疏問(wèn)題。

　　LSQR 是目前層析成像中常用的方法, 在迭代過(guò)程中,它只涉及到非零元素, 占有用存儲(chǔ)空間少,運(yùn)算速度快, 運(yùn)算穩(wěn)定, 迭代次數(shù)少。

　　3、結(jié)論

　　(1)井間地震可以把震源和檢波器的排列直接布置在鉆孔中, 這可以使接收到的地震信號(hào)能保留更高頻率的有效成分, 為提高分辨率打下物理基礎(chǔ)。但是, 也正是由于震源和檢波器位置分布相對(duì)固定,且數(shù)目有限, 故獲得的不同角度的數(shù)據(jù)量有限, 不能夠像醫(yī)學(xué)CT 那樣獲得全方位的數(shù)據(jù), 這使得層析成像的解不唯一, 故進(jìn)行圖像解釋時(shí), 必須通過(guò)鉆孔資料加以約束。

　　(2)對(duì)規(guī)模較小的破碎帶、節(jié)理裂隙發(fā)育等結(jié)構(gòu)缺陷的低速異常體的探測(cè), 由于對(duì)地震波的走時(shí)影響較小, 不足以改變地震波的射線(xiàn)路徑, 則層析成像的分辨率依然達(dá)不到, 不能夠?qū)⑦@些低速異常體分辨出來(lái)。

　　(3)層析成像質(zhì)量不僅與異常體大小有關(guān), 還與孔間距及孔深與孔間距之比有關(guān), 外業(yè)數(shù)據(jù)采集質(zhì)量、拾取初至波走時(shí)誤差、反演算法亦對(duì)反演圖像解釋產(chǎn)生直接影響。

　　(4)為提高探測(cè)精度, 可嘗試?yán)肰SP和井間CT數(shù)據(jù)采集方式的相似性, 設(shè)置科學(xué)的野外觀測(cè)系統(tǒng), 同時(shí)開(kāi)展工程VSP 與地震CT 聯(lián)合探測(cè)方法研究, 進(jìn)行聯(lián)合反演, 這也將是我們今后努力的方向。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　層析成像方法在地球物理探測(cè)方面還有許多廣泛的應(yīng)用，這里我們就不一一討論。如何利用層析成像技術(shù)為地球物理探測(cè)技術(shù)的發(fā)展

　　做出貢獻(xiàn)，是每個(gè)物探人應(yīng)該努力的方向。

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