基于改进注意力机制的探地雷达图像反演

探地雷达(ground penetrating radar,GPR)是一种重要的无损检测工具,被广泛应用于道路缺陷检测、路面以下物体检测以及非结构化地形感知等领域.针对基于深度学习的介电常数图反演方法特征提取不全、准确度不高的局限性,本文引入注意力机制,提出了一种GPR图像智能反演算法,设计了适用于GPR图像反演的神经网络InvNet以完成从GPR图像到介电常数图的非线性映射.该算法首先利用时间维度卷积和全局特征残差编码器提取GPR时间维度和全局特征,接着采用改进的注意力机制作为注意力语义提取模块提取特征图的全局语义信息,最终通过介电常数解码器完成GPR介电常数图重构.在基于时域有限差分法构建的GPR反演数据集上,InvNet反演结果的结构相似性指数(structural similarity index measure,SSIM)达到了97.14%,均方误差(mean square error,MSE)降为0.0030,平均绝对误差(mean absolute error,MAE)降为0.0157;相比于最新GPR反演网络算法GPRInvNet和PINet,InvNet的SSIM分别提高了1.06%和0.86%,MSE分别降低了0.24%和0.25%,MAE分别降低了1.41%和1.02%.实验表明本文方法能够根据GPR图像有效反演出对应的介电常数模型图,并且与现有方法的对比结果展示了其优越的反演性能.

基于StyleGAN的图像反演算法综述

StyleGAN提供了有意义的潜空间,将真实图像反演(Inversion)到潜空间,再通过对潜空间的探索实现操纵真实图像,引起了众多研究者的关注,文章从基于反演方式和反演步骤两个角度分析总结了近年来图像反演算法的研究情况,并分析反演到不同潜空间的意义。

中子半影成像图像反演方法研究

给出了中子半影成像技术的原理;分析了系统分辨率的影响因子;利用MCNP软件对中子半影成像过程进行模拟;用改进的逆滤波和维纳滤波两种方法对成像主轴上一点源和偏轴两点源的编码图像进行重建,并对编码像在降低噪声和去除本底前后的反演结果进行了比较。模拟结果表明维纳滤波法能够更好地抑制统计噪声。

综合孔径辐射计偏微分方程近场图像反演算法

针对综合孔径辐射计傅里叶变换成像算法在近场条件下失效的问题,提出了一种基于局部自适应偏微分方程的精确数值图像反演算法.该反演算法根据待反演亮温图像的局部特征,在图像背景区域进行各向同性扩散来抑制噪声,在图像目标区域进行自适应扩散来保持图像边缘细节.近场仿真结果表明,该算法有效地降低了可视度测量噪声对亮温图像反演的影响.用一套8 mm波段二维综合孔径辐射计BHU-2D-U进行了成像实验,实验结果证明了该近场图像反演算法的有效性.

Hasselmann方法从SAR图像反演海浪方向谱及其印证研究

介绍了从星载SAR海浪图像反演海浪方向谱的Hasselmann方法。在第一猜测谱的选取上采用了文氏谱的最新结果。设计了一个针对该方法的印证实验。反演所得的有效波高、有效波周期与浮标实测结果基本一致。

双季水稻叶面积指数在线式图像反演方法

基于在线式双季水稻长势自动监测系统实时获取稻田实景图像,并应用图像处理技术计算水稻覆盖度,进而分析双季水稻覆盖度与叶面积指数之间的关系,实现叶面积指数的在线式图像反演。结果表明,双季水稻分蘖期覆盖度增长迅速,在拔节孕穗期达到峰值,拔节孕穗期至抽穗期保持相对稳定,这一结果符合双季水稻生长特征,并与叶面积指数变化趋势一致。早稻、晚稻覆盖度与叶面积指数之间呈显著的指数关系,决定系数分别为0.9706、0.8534,模拟精度较高。根据双季水稻覆盖度反演得到的叶面积指数与实测叶面积指数具有极显著的线性关系,决定系数分别达到0.95、0.97,均方根误差分别为0.34、0.47,模拟效果较好。本研究提出的双季水稻叶面积指数在线式图像反演方法是一种新的水稻叶面积指数自动、无损估测方法,可为双季水稻叶面积指数实时、快速估测提供技术支持。

基于变加速广义交替投影的CUP-VISAR压缩图像反演算法

针对从基于压缩超快成像的瞬态冲击波二维诊断系统获得的压缩图像中反演出时变冲击波二维条纹的问题,提出一种基于变加速广义交替投影的图像反演算法。该算法利用二维条纹图像所具有的强低秩性和梯度稀疏特性,将问题转化为基于低秩与全变分双先验约束的优化问题,并通过变加速的方式有效减少了广义交替投影框架迭代求解该问题过程中产生的误差累积。仿真结果表明:与现有算法相比,在无噪情况下,所提算法的平均峰值信噪比提升了11.0 dB,平均结构相似性提升了11.4百分点;在含噪情况下,所提算法反演效果稳定,抗噪能力良好。最后,实验结果表明,所提算法针对实际压缩图像也能反演出轮廓清晰的二维冲击波条纹,且一维冲击波速度的最大相对误差从20.38%下降到11.66%,降低了8.72百分点,验证了该算法的可行性。

基于稀疏先验的空间目标图像盲反演方法

针对图像盲反演算法未考虑空间目标图像自身特性,致使对空间目标图像细节信息恢复不理想、重构图像中易产生边界伪像等不足之处,提出了一种基于稀疏表示的联合稀疏先验约束盲反演算法.首先,结合空间目标图像梯度的稀疏特性,采用图像梯度的L 0范数提取有利于模糊核估计的图像显著边缘信息;其次,采用L p范数和L 0范数对图像的梯度分布和空间域进行稀疏约束,以保证反演图像的像素点间具有显著的对比度,同时保证图像中包含边缘和纹理等细节信息;最后,采用拉普拉斯分布先验对模糊核进行约束,以保证模糊核的稀疏特性.采取交替迭代策略对所提出的模型进行优化求解,从而得到模糊核和空间目标图像的估计值.实验结果表明,相比于几种具有代表性的盲反演算法,提出的方法能估计出更准确的模糊核,对图像边缘和纹理等细节信息具有更好的恢复能力,在主观评价和客观评价方面均取得了较好的反演性能.

远紫外遥感O/N_2反演图像质量的评价方法

针对电离层远紫外遥感的O/N_2反演图像质量评价应用,以GUVI网站发布的图像为参考,分别从RGB和HSV两种颜色空间对获取的远紫外O/N_2图像的反演质量进行了对比分析。利用RGB颜色空间的评价函数和HSV颜色-空间直方图相交匹配的方法评价了反演图像与参考图像间的相似程度,待评价图像与参考图像之间具有较高的一致性。结果表明,从图像的角度评价远紫外遥感热层O/N_2图像的反演质量是切实可行的。

基于改进UNet的探地雷达信号反演

探地雷达(GPR)信号反演的目的是提高资料解释的准确性。针对GPR信号在反演解释的过程中传统反演方法面临的反演流程耗时和反演结果受专业人员主观经验影响较大的问题,文中提出了一种基于数据驱动的融合多尺度卷积和空间注意力机制的深度学习反演GPR信号的神经网络GInet。首先通过B-Scan数据维度变换单元实现对GPR图像数据的压缩和特征提取,然后再经过多尺度UNet单元实现从GPR图像到对应地下介电常数分布图像的转换。实验采用基于时域有限差分法构建的仿真数据集进行网络训练和测试,GInet反演结果的均方误差值降为了0.00554,结构相异性值为0.0000267。使用砂槽实测数据对GInet进行测试,反演得到的相对介电常数图像与真实模型接近,表明该方法可以准确高效地完成GPR图像反演任务。

利用星载ERS-2 SAR进行长江口海面风场反演研究

基于SAR图像反演原理,提出一种后向散射系数反演海面风场的新方法,以相关长度确定风向,再利用随机粗糙海面理论模型反演风速。并以ERS-2SAR为数据源,以长江口海区为研究区,获取了海面风场。反演结果和浮标测量风场对比,相符得很好,证明了该方法的可行性。

面向动力锂电池内部视电阻率三维反演成像方法

为满足电阻层析成像方法应用于动力锂电池内部结构状态监测的精度与实时性要求,提出一种三维电阻层析成像反演算法。针对高斯-牛顿算法的特点,对标准高斯-牛顿算法施加光滑约束,使迭代步长在保证收敛的情况下达到最优化。根据动力锂电池内部视电阻率三维反演成像实验获得的测量结果,研究常规高斯-牛顿算法和光滑约束高斯-牛顿算法的反演能力。结果表明:光滑约束高斯-牛顿算法收敛快,提高了检测效率,能够反映动力锂电池内部的视电阻率变化趋势,并对动力锂电池内部的视电阻率分布做出有效评估。

稀疏阵列综合孔径辐射计的欠采样图像重建

传统的综合孔径成像方法要求获取足够的频率采样,然后通过离散傅立叶变换重构出图像。在稀疏阵列UV覆盖率极低情况下,传统成像方法不可避免会产生混叠。这时观测方程为欠定方程,图像重建就是求解该欠定方程的过程。提出了一种基于稀疏约束正则优化的图像重建方法,根据压缩感知理论,寻找适当的稀疏基和表征方法,通过有限采样反演出图像的真实信息。分别选取小波基、像素基为稀疏矩阵,构造范数稀疏正则约束项进行求解。以Y形天线阵列为例进行仿真,对比了常规的G矩阵法、CLEAN方法与分别采用小波基和像素基的稀疏求解图像重建方法。仿真结果表明,该上述算法可更有效的消除混叠并恢复真实图像,像素基相较小波基反演结果更好。

模拟配准误差对结构函数法气溶胶反演的影响

为了确定清晰图像和待反演图像间的配准误差对结构函数法气溶胶光学厚度反演结果的影响程度,该文基于辐射传输模型反演了不同配准误差条件下的气溶胶光学厚度。在已知地表反射率的基础上,利用辐射传输模型得到一定气溶胶光学厚度下的表观反射率,线性插值得到不同配准误差下的表观反射率,利用这些表观反射率和地表反射率反演气溶胶光学厚度;通过不同配准误差下的反演结果分析配准误差的影响,并通过统计反演误差小且不随配准误差改变的稳定像元地表反射率结构函数值和均值等特征得到稳定像元的地表特征。结果表明,配准误差结构函数法的反演结果显著影响,当配准误差小于0.2个像元时,反演误差小于0.2的像元占总像元的比例达63%。此外,研究发现,地表反射率结构函数值与相应计算窗口地表反射率的标准差相关性强,当标准差大于0.02时,反演结果受配准误差的影响相对较小,相对误差最大不超过40%;反之,受配准误差的影响较大。

基于电阻层析成像的汽车动力电池内部温度监测

为了直观地在线检测动力电池的温度,以确保动力电池的安全,提出了一种基于电阻层析成像的动力电池内部温度监测新方法。引入温纳-施伦贝尔装置模型分析电池内部温度检测机理,推导了电池内部温度与电阻率的数学关系;应用抑制平滑度最小平方法将多电极检测大数据进行图像反演重建,实现了对动力电池内部温度异变区的动态监测,并搭建了实验平台。文中通过建立相交区域试验模型,实验分析动力电池内部的电阻率静态分布,并验证方法可靠性。然后,实验分析动力电池内部电阻率的动态分布,得到45.5℃时反演图像色带差值增大了2.5倍,且坐标(0.047,0.000 5)内色带变化明显。最后,动态跟踪异变区临界温度。结果显示,在0.173Ω·m处突变骤升,电池内部产生异变。得到的结果表明,提出的方法可直观可靠地监测动力电池内部温度动态变化;可为动力电池的安全特性、寿命预测、负载控制等提供新的研究途径。

闪光照相散射定量技术初步研究

高能MeV闪光照相所针对的客体通常具有极高的面密度。当X射线穿过客体时,直穿X射线的强度将被极大衰减,到达成像面的直穿信号可能被散射“噪声”所淹没,若直接对图像进行反演将严重影响照相重建精度。从散射抑制角度出发,目前主要采用网柵相机即阵列型准直孔阻挡散射,但网栅相机的应用效果受光源位置稳定性影响较大,且网栅不易加工。提出了一种可实时定量散射强度的照相方案,该方案利用狭缝准直器对散射的抑制能力不随散射强度变化而改变这一特点,对现有照相布局进行小改进,利用已知客体实验结果标定狭缝准直器对散射的抑制能力,进一步自洽确定待测客体的散射量大小。基于蒙卡方法的仿真照相实验结果表明,当采用低面密度客体标定散射抑制系数时,高面密度客体散射强度的估计值与模拟真实值偏差可小于2%。

一种扩大8mm波段综合孔径辐射计成像视场的方法

针对8 mm波段综合孔径辐射计射频前端电尺寸较大、采用常规Y形阵列布局系统成像视场范围小的缺点,首先提出了一种星形天线阵列布局,它使可视度函数采样点之间的间隔变为天线单元间隔的一半,从而使系统的成像视场扩大到原来的两倍;然后,针对星形阵列可视度函数采样点缺失的问题,研究了背景对消与凸集投影相结合的图像反演算法,并进行了成像仿真.仿真结果验证了该反演算法的有效性.

基于先验信息的综合孔径辐射计误差校正方法

误差会严重影响综合孔径微波辐射计的成像性能,需要进行校正。但是,随着系统工作频率的提高和阵列尺寸的扩大,校正难度越来越大。文中提出一种基于先验信息的综合孔径微波辐射计误差校正方法。该校正方法包括一个基于先验信息的校正矩阵以及一种基于先验信息的CLEAN算法。首先,该校正方法将含有误差的系统响应作为先验信息构造校正矩阵,并校正得到初步的反演图像;然后,利用上述先验信息估计系统的阵列因子并代入基于先验信息的CLEAN算法,校正图像中剩余的误差。仿真和实验结果表明该校正方法能有效提高综合孔径微波辐射计的成像质量。该校正方法可以在图像反演过程中全面校正综合孔径微波辐射计的误差,降低对校正系统的硬件性能要求,适用于大阵列毫米波综合孔径微波辐射计的校正误差。

基于地基云图的云跟踪与太阳辐照度超短期预报方法研究

太阳辐照度是影响光伏发电的最直接气象因素。云量对太阳辐照度有重要影响。全天空成像仪(total sky imager,TSI)可客观、自动地对其进行观测。基于甘肃省金昌地区TSI-880地基云图进行云跟踪预报与太阳辐照度预报方法研究。首先进行云识别与云量反演;计算云运动的速度矢量、使用平流输送法预报云图。使用最小二乘法拟合晴空太阳辐照度数据,建立金昌地区晴空太阳辐照度模型;基于观测范围内的云透射率和云量构建线性回归关系,根据回归系数和预报云量进行辐射预报。选择晴间多云的天气进行云量反演与太阳辐照度预报,晴间多云时的云量和云透射率呈显著的负相关关系,相关系数为-0.81(显著性水平α=0.01),可实现5 min太阳辐照度预报。研究结果表明,结合地基云图能够有效预报云移动变化造成的辐射跳变过程。

综合孔径辐射计空中隐身目标探测性能分析

微波辐射信号是"似噪"的随机信号,综合孔径辐射计反演图像具有随机特性。建立了综合孔径辐射计反演图像的统计分布模型,提出了基于综合孔径辐射计反演图像的目标检测概率计算方法,给出了综合孔径辐射计的最大探测距离方程。并以100单元T型天线阵列为例,分析了综合孔径辐射计用于空中隐身目标探测的性能,通过仿真进行了实验验证。论文研究结果将为综合孔径辐射计技术在隐身目标探测中的应用提供理论依据。