層析成像技術論文(2)
層析成像技術論文篇二
層析成像是在物體內部發射物理信號，接收穿過物體且攜帶物體內部信息，利用計算機圖形重建的方法，重現物體內部二維或三維清晰圖像，該技術的最大特點就是在不損壞物體的條件下，探知物體內部結構的幾何形態與物理參數的分布。
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。
層析成像技術最先在醫學中發展，最后發展到航空、原子能、材料以及軍事等各個行業。
層析成像的理論基礎是 Radon 變換:從物體內部圖像重建的角度看 ,一張物體切片的圖像是兩個空間變量 ( x , y) 的函數 ,稱為圖像函數 ,記為f ( x , y) ;用不同方向的入射波“照射”物體 ,觀測到的波場信息至少是入射波方向θ和觀測點位置 P兩個變量的函數 ,稱為投影函數 ,記為 u ( P,θ) 。1917 年 Radon 證明 ,已知所有入射角θ的投影函數 u ( P,θ) 可以恢復唯一的圖像函數 f ( x ,y)[1～5]。
圖形重建算法在不同的領域，針對不同的物理問題，對重建圖像的要求不同，復雜程度也有差異。盡管基礎都是Radon變化，但所用的算法也就不同，就射線理論而言，主要有變換法和級數展開法。
迄今為止 ,層析成像的研究主要包括如下幾個方面:
1) 射線層析中大、非常稀疏、欠定(或混定) 、不相容(矛盾的) 、有時病態或奇異的線代方程組的求解問題;
2) 射線層析中 ,使用各種權重處理射線的非均勻覆蓋問題;
3) 反射層析中反射面深度和速度的多解性 ;
4) 旅行時層析中旅行時拾取的方法;
5) 模型參數化的方式 ,從起初的層狀均勻模型發展到象素模型;
6) 最優目標函數的選擇 ,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)引起的多解性問題;
8) 更精確逼近觀測數據的正演方法的研究;
9) 將非線性問題線性化的方法;
10) 由數據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) 迭代優化類算法中 ,最佳迭代終止準則的選擇;
12) 零空間對數據沒有影響 ,因而對于實測與模擬數據的擬合差沒有影響 ,可以利用這一特征對解估計進行約束使之更接近于實際情況;
13) 尺度分解思想 ,采用旅行時層析和波形層析的級聯層析減少目標函數中局部極值的個數 ,降低非線性程度 ,增大穩定性。
隨著人們對層析方法理論和技術研究的不斷深入 ,以及計算機技術的發展 ,層析成像總的發展趨勢是:
1) 從基于射線理論的射線層析向基于波動理論的繞射層析發展;
2) 從單一數據層析向多種接收方式接收的數據的聯合層析成像發展;
3) 從利用常規數據的層析向利用廣角數據的層析發展;
4) 從二維層析向三維層析發展;
5) 從單參數層析反演向多參數層析反演發展;
6) 從僅利用 P 波數據的層析向利用全波數據的層析發展;
7) 從各向同性介質向各向異性介質發展;
8) 從理論探討向工業實用發展
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