層析成像技術(shù)論文(2)
層析成像技術(shù)論文篇二
層析成像是在物體內(nèi)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)圖形重建的方法，重現(xiàn)物體內(nèi)部二維或三維清晰圖像，該技術(shù)的最大特點(diǎn)就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)的分布。
目前層析成像分為X射線層析、核磁共振成像正電子發(fā)射斷層成像、微波層析、超聲波層析、地震層析等。
層析成像技術(shù)最先在醫(yī)學(xué)中發(fā)展，最后發(fā)展到航空、原子能、材料以及軍事等各個(gè)行業(yè)。
層析成像的理論基礎(chǔ)是 Radon 變換:從物體內(nèi)部圖像重建的角度看 ,一張物體切片的圖像是兩個(gè)空間變量 ( x , y) 的函數(shù) ,稱為圖像函數(shù) ,記為f ( x , y) ;用不同方向的入射波“照射”物體 ,觀測(cè)到的波場(chǎng)信息至少是入射波方向θ和觀測(cè)點(diǎn)位置 P兩個(gè)變量的函數(shù) ,稱為投影函數(shù) ,記為 u ( P,θ) 。1917 年 Radon 證明 ,已知所有入射角θ的投影函數(shù) u ( P,θ) 可以恢復(fù)唯一的圖像函數(shù) f ( x ,y)[1～5]。
圖形重建算法在不同的領(lǐng)域，針對(duì)不同的物理問(wèn)題，對(duì)重建圖像的要求不同，復(fù)雜程度也有差異。盡管基礎(chǔ)都是Radon變化，但所用的算法也就不同，就射線理論而言，主要有變換法和級(jí)數(shù)展開法。
迄今為止 ,層析成像的研究主要包括如下幾個(gè)方面:
1) 射線層析中大、非常稀疏、欠定(或混定) 、不相容(矛盾的) 、有時(shí)病態(tài)或奇異的線代方程組的求解問(wèn)題;
2) 射線層析中 ,使用各種權(quán)重處理射線的非均勻覆蓋問(wèn)題;
3) 反射層析中反射面深度和速度的多解性 ;
4) 旅行時(shí)層析中旅行時(shí)拾取的方法;
5) 模型參數(shù)化的方式 ,從起初的層狀均勻模型發(fā)展到象素模型;
6) 最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)的選擇 ,分辨率和方差之間取折衷;
7) 合理加入各種約束(各種平滑及歸一化方法)改善由欠定(或混定)引起的多解性問(wèn)題;
8) 更精確逼近觀測(cè)數(shù)據(jù)的正演方法的研究;
9) 將非線性問(wèn)題線性化的方法;
10) 由數(shù)據(jù)可以反演出模型中哪些信息 ,以及具體使用的反演方法能否反演出理論上能夠分辨的模型的信息;
11) 迭代優(yōu)化類算法中 ,最佳迭代終止準(zhǔn)則的選擇;
12) 零空間對(duì)數(shù)據(jù)沒(méi)有影響 ,因而對(duì)于實(shí)測(cè)與模擬數(shù)據(jù)的擬合差沒(méi)有影響 ,可以利用這一特征對(duì)解估計(jì)進(jìn)行約束使之更接近于實(shí)際情況;
13) 尺度分解思想 ,采用旅行時(shí)層析和波形層析的級(jí)聯(lián)層析減少目標(biāo)函數(shù)中局部極值的個(gè)數(shù) ,降低非線性程度 ,增大穩(wěn)定性。
隨著人們對(duì)層析方法理論和技術(shù)研究的不斷深入 ,以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展 ,層析成像總的發(fā)展趨勢(shì)是:
1) 從基于射線理論的射線層析向基于波動(dòng)理論的繞射層析發(fā)展;
2) 從單一數(shù)據(jù)層析向多種接收方式接收的數(shù)據(jù)的聯(lián)合層析成像發(fā)展;
3) 從利用常規(guī)數(shù)據(jù)的層析向利用廣角數(shù)據(jù)的層析發(fā)展;
4) 從二維層析向三維層析發(fā)展;
5) 從單參數(shù)層析反演向多參數(shù)層析反演發(fā)展;
6) 從僅利用 P 波數(shù)據(jù)的層析向利用全波數(shù)據(jù)的層析發(fā)展;
7) 從各向同性介質(zhì)向各向異性介質(zhì)發(fā)展;
8) 從理論探討向工業(yè)實(shí)用發(fā)展
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