一种煤层平行电磁波束地质探测的多尺度反投影滤波及可视化解释图像重建算法制造技术

本发明专利技术提供煤层平行电磁波束地质探测的多尺度反投影滤波及可视化解释图像重建算法，先对煤岩无线电波探测射入与接收数据进行预处理，再对平行束下多尺度反投影滤波重建算法影响因素做处理，即首先对煤岩不同角度平行束下电磁波探测射入与接收数据进行预处理；之后根据探测数据得到探测频域，并根据探测点位置，利用三角函数公式算出角度的界定范围；再利用中心切片定理计算出平行电磁波束下的多尺度反投影探测算法公式；之后当探测方向与发射边呈垂直角度时，利用探测算法公式得出平行电磁波束探测下的特定截面；最后改变投影方向，可得到各个方向上的傅里叶变换的特定截面；最后对各个方向的截面方程运用傅里叶逆变换重建出整个二维平面的图像。换重建出整个二维平面的图像。换重建出整个二维平面的图像。

【技术实现步骤摘要】
一种煤层平行电磁波束地质探测的多尺度反投影滤波及可视化解释图像重建算法


[0001]本专利技术涉及煤层平行电磁波束地质探测的多尺度反投影滤波及可视化解释图像重建算法，尤其涉及到运用平行束发射电磁波时无法得知异构体的形状时需要运用间接的多尺度反投影滤波方法进行重建，属于矿井工程物探


技术介绍

[0002]本文依托于平行电磁波束下多尺度的无线电波透视的方法对煤岩进行断层研究，电磁波在地下岩层中传播时，由于各种岩石、电性参数不同，它们对电磁波能量的吸收有一定的差异，考虑到在电磁波无线透视中异构体对电磁波强度的损耗，即衰减量，或是电磁波的能量被完全屏蔽，透视出现异常，需要了解探测过程中的场景问题。
[0003]对于之前的图像重建相关算法，大多数学者都是基于整个360
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的角度对异构体进行探测；而受到煤矿有限空间限制，无线电波探测的角度是有限制的，无法对整个矿山环境进行360
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探测，此时就需要对探测角度做出限制，本专利技术中考虑角度影响，此外，在重建完成后，会出现图像有伪影的情况，此时应考虑运用数字图像处理手段对特定截面校正，本专利技术将运用滤波算法进行修正，以最大程度达到最优，实现对岩层的勘探实测目的。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种煤层平行电磁波束地质探测的多尺度反投影滤波及可视化解释图像重建算法，很大程度上改进平行束重建算法中对探测角度的开放性，以此解决在矿井无线电波透视中图像重建的问题，做到对矿山结构更加清晰了解，有效加强矿山的安全问题。
[0005]本专利技术的技术方案是：一种煤层平行电磁波束地质探测的多尺度反投影滤波及可视化解释图像重建算法，此方法的具体步骤如下：
[0006]Step1、确定煤矿所在地区煤岩地质背景资料，根据矿山中无线电波穿透矿层的电磁波不同角度探测前后的差异值得到用电磁波探测煤矿的射入值与接收值，并求出探测频域ω、探测角度θ，并给出图像重建反投影滤波算法现有技术思想以及矿山实况；
[0007]首先，假设煤岩地质干扰因素少且结构简单，且存在椭圆形异构体，为了煤岩工矿的安全，需要采取一定的措施判定异构体位置，此时运用无线电波透视法对煤岩进行网格化探测，可以得到一个发射值与接收值的矩阵，运用数据矩阵以及勘探场景的数据，根据发射点和接收点的差异值得到探测频域ω，根据探测场景得到探测角度θ，图1为进风巷与回风巷切面展示图。
[0008]在某一个角度下利用中心切片定理形成一个截面，通过多角度可得到有效成像f(x,y)的傅里叶变换，对f(x,y)运用傅里叶逆变换得到重建图像。之后对角度进行限制，改变角度范围，把变换角度的情况用虚线展示出来。此处的a表示每个探测点之间的距离，且探测点与接收点之间的距离为l，设有m个探测点，则此平行束图像重建方法在煤矿中的运
用角度θ的变动范围为
[0009]在地下有各种各样的隐伏地质结构，常常给煤矿的生产建设带来许多问题，甚至可能会造成工程上的失误和重大灾害，所以就出现了矿井物探技术。本文针对隐伏地质结构，采用从空间维进行多尺度探测，具体实现方法主要为在利用平电磁波束探测的过程中，对多角度、宽度以及煤矿不同区域的衰减系数进行多尺度探测，旨在获取更全面的煤岩结构数据信息，既有全局的整体信息，又有局部的详细信息。
[0010]在矿井无线电波透视中，对于图像的重建问题，有很多的技术研究，主要有解析类算法图像重建以及迭代类算法图像重建，在解析类平行束反投影算法中，对于边界条件有一定限度时，即无法达到360度投影角度时，解析类算法依旧可以解决，而在平行束反投影重建算法中，投影重建的过程是，先把投影由线阵探测器上获得的投影数据进行一次一维傅立叶变换，再与滤波器函数进行卷积运算，得到各个方向卷积滤波后的投影数据；然后把它们沿各个方向进行反投影，即按其原路径平均分配到每一矩阵单元上，进行重叠后得到每一矩阵单元的CT值；再经过适当处理后得到被扫描物体的断层图像，其特点是在反投影前将每一个探测角度下的探测结果进行卷积处理，从而改善点扩散函数引起的形状伪影，重建的图像质量提高。
[0011]对于平行电磁波束探测，对不同角度进行平行电磁波束下的有限次连续探测，根据发射点和接收点的差异值得到探测频域ω，根据探测场景得到探测角度θ，设探测处有m个探测点，探测点之间的距离为a，发射点与接收点之间的距离为l，则探测角度θ为而连续探测的次数为设有探测点的个数即m。
[0012]针对重建图像之后的伪影问题，可以采用滤波变换算法，它的基本思路为根据定积分的计算对现有的一个角度下形成的截面进行图像增强处理，以此确保在不同角度下形成的截面均为高质量的图像。
[0013]Step2、在平行电磁波束下的傅里叶变换式基础上，求出加入频域的反投影所得的探测数据，运用牛顿插值公式得出衰减系数B，根据频域与角度的转换运用中心切片定理以及卷积变换得出一个角度下的特定截面，具体做法为：
[0014]Step2.1、在平行束下的傅里叶变换式基础上，求出加入频域的反投影所得的探测数据；
[0015]根据煤岩地质条件，可以确定平行电磁波束进行探测的角度范围，即探测角度边界限制；
[0016]首先Step2.1里面，在医学环境中，滤波反投影是目前广泛应用的图像重建算法之一，由于探测角度普遍需要360
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，探测难度偏大，煤矿工程中运用比较少，但两者差异在于煤岩可以给探测角度一个边界条件，那么在平行束中FBP(滤波反投影)算法主要是通过参数变换和重新确定积分限来实现的。原始公式为：
[0017][0018]此处u,v与ω，θ有如下关系：
[0019][0020]经过将直角坐标系转化为极坐标系，令
[0021][0022]则有：
[0023][0024]则通过变换为
[0025][0026]分解后，可得
[0027][0028]根据三角函数诱导公式可得
[0029][0030]又因为在三角函数中存在F(ω,θ+π)＝F(
‑
ω,θ)此关系，所示上式又可表示为
[0031][0032]推导得
[0033][0034]最后得到反投影滤波算法公式为
[0035][0036]Step2.2、运用牛顿插值公式得出衰减系数B；
[0037]对于Step2.2中运用牛顿插值公式得出衰减系数B，在传统的煤矿岩层中进行电磁波透视时，计算衰减系数根据已探测所得数据作为已知元素，运用拉格朗日插值方法算出数据向量，间接性的求出探测中的衰减系数，但是若插值节点发生变化时，插值公式随之就要重新计算生成，在计算中会占用大量的计算量。所以可以运用牛顿插值法来解决这一问
题。
[0038]牛顿插值方法很好的减少了对数据的处理，优化了整个算法前期的准备工作。首先，若使用牛顿插值法，知道由此知，式子里面的为差商，则通过差商的相关知识可得到牛顿插值多项式如下：
[0039][0040]x0,x1为是第一个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤层平行电磁波束地质探测的多尺度反投影滤波及可视化解释图像重建算法，其特征在于如下所述的具体步骤：Step1、确定煤矿所在地区煤岩地质背景资料，根据矿山中无线电波透视仪发射电磁波穿透矿层的电磁波不同角度探测前后的差异值得到用电磁波探测煤矿的射入值与接收值，并求出探测频域ω、探测角度θ；Step2、在平行电磁波束下的傅里叶变换式基础上，求出加入频域的反投影所得的探测数据，运用牛顿插值公式得出衰减系数B；根据频域与角度的转换，运用中心切片定理以及卷积变换得出一个角度下的特定截面；Step3、通过改变平行电磁波束的投影方向，进行连续探测，得到各个方向下的傅里叶变换的特定截面，最后对各个方向的截面方程运用傅里叶逆变换重建出整个二维平面的图像。2.根据权利要求1的一种煤层平行电磁波束地质探测的多尺度反投影滤波及可视化解释图像重建算法，其特征在于所述Step1包括：针对煤矿中的隐伏地质结构，采用从空间维进行多尺度探测，具体实现方法为，在利用平行电磁波束探测的过程中，对多角度、宽度以及煤矿不同区域的衰减系数进行多尺度探测，旨在获取更全面的煤岩结构数据信息，既有全局的整体信息，又有局部的详细信息；对于平行电磁波束探测，对不同角度进行平行电磁波束下的连续探测，根据发射点和接收点的差异值得到探测频域ω，根据探测场景得到探测角度θ，设探测处有m个探测点，探测点之间的距离为a，发射点与接收点之间的距离为l，则探测角度θ为而连续探测的次数为设有探测点的个数即m。3.根据权利要求1的一种煤层平行电磁波束地质探测的多尺度反投影滤波及可视化解释图像重建算法，特征在于所述Step2包括：Step2.1、在平行电磁波束下的傅里叶变换式基础上，求出加入频波的多尺度反投影所得的探测数据；根据煤岩地质条件，可以确定平行电磁波束进行探测的角度范围，即探测角度边界限制，其次在平行束中FBP滤波反投影算法是通过参数变换和重新确定积分限来实现的，即最后得到的反投影滤波算法公式为：其中，ω为探测频域，θ为探测角度；Step2.2、运用牛顿插值公式得出衰减系数B；Step2.3、根据频域与角度的转换，运用中心切片定理以及卷积变换得出一个角度下的特定截面。4.根据权利要求3的一种煤层平行电磁波束地质探测的多尺度反投影滤波及可视化解释图像重建算法，特征在于所述Step2.2中运用牛顿插值公式得出衰减系数B，首先，若使用牛顿插值法，知道公式如下：<...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑万波，董锦晓，吴燕清，冉啟华，杨溢，杨志全，王光进，朱榕，李磊，王耀，
申请(专利权)人：云南卫士盾科技有限公司，
类型：发明
国别省市：