(Instituto de Exploración Geofísica Aérea y Centro de Detección Remota del Ministerio de Geología y Recursos Minerales, Beijing)
Resumen: Se presenta un método único de restauración de imágenes de datos aéreos. Las principales claves técnicas de este método son: (1) proponer el principio y la base teórica de la restauración de imágenes de datos aéreos; establecer el flujo de procesamiento de restauración de imágenes de datos aéreos; y evaluación de errores.
Palabras clave: datos aéreos, fondo atmosférico, procesamiento de imágenes, tecnología de restauración de imágenes.
1. Introducción
Desde la entrada de cristales de NaI cilíndricos cuadrados en estaciones aéreas integradas a bordo a principios de la década de 1970, la sensibilidad y eficacia de las mediciones de radiactividad en el aire han mejorado significativamente, geología y geofísica. Las necesidades de la comunidad de exploración en materia de estudios radiométricos aéreos han cambiado fundamentalmente.
En los últimos 20 años de práctica de aplicación, la dificultad de la corrección de fondo de radón atmosférico siempre ha sido la principal dificultad que afecta el efecto de aplicación de este método. El resultado es la aparición de bandas en los dibujos, lo que afecta gravemente a la usabilidad de los dibujos y a la eficacia del método. La razón [1] se puede resumir de la siguiente manera: la radiactividad medida en el aire no sólo proviene de la tierra, sino que también se ve afectada por el entorno del hardware de la aeronave, los rayos cósmicos, el radón y su descendencia en la atmósfera. Esta última se denomina interferencia de fondo atmosférico y se ve afectada por el clima, el viento, la dirección del viento, la temperatura, la estación y la hora del día en que se mide. La principal manifestación de la interferencia de fondo atmosférico son los diferentes niveles de fondo entre las salidas. Los canales de uranio fueron los más perturbados, seguidos de los canales de potasio. Aunque el canal de torio y el canal total son pequeños, no se pueden ignorar (ver placa de color Figura 7, Figura 3, Figura 4). Debido a este ruido, la información de los cuerpos geológicos a menudo se pierde en el ruido. La Figura 3a (versión en color de la Figura 7) es la imagen restaurada de tres elementos de K (rojo), Th (verde) y U (azul) en el área de estudio de Hamiqiu. La Figura 3b es una imagen compuesta de los datos aéreos originales del. El área de estudio La Figura 4a (versión en color de la Figura 7) muestra las lecturas de calibración temprana y tardía para cada vuelo, y la Figura 4b es la imagen de datos brutos de la trayectoria total. La presencia de ruido de banda se puede comparar con una cortina colorida que cuelga frente a una imagen de información útil. La gravedad del ruido de banda hace imposible dibujar mapas de contorno a partir de los datos aeronáuticos sin procesar en este espacio de trabajo.
El problema de la agrupación aérea es un problema "mundial"[2]. En Canadá, la corrección de fondo se realizó mediante mediciones en lagos, ríos y otros cuerpos de agua dispersos, y se obtuvieron buenos resultados sin utilizar sondas ascendentes [1]. Las empresas de exploración geofísica aérea, como la American Geometry Company, se basan en mediciones de sondas ascendentes como base para la corrección del fondo [3]. Grasty[4] propuso en 1986 que cuando no hay lagos en el área de estudio, el valor promedio del área anormal en la línea de estudio puede usarse para reemplazar el fondo.
El método descrito en este artículo es completamente diferente a todos los métodos utilizados en el mundo. Este método puede denominarse tecnología de restauración de imágenes aéreas en el procesamiento de imágenes digitales. El objetivo principal de las técnicas de restauración de imágenes es mejorar una imagen determinada. La restauración es el proceso de intentar reconstruir o restaurar una imagen degradada utilizando algún conocimiento previo sobre la degradación. Por lo tanto, las técnicas de restauración modelan la degradación y utilizan el proceso inverso para restaurar la imagen original hasta cierto punto.
El Dr. Cannon [5] estudió una tecnología de restauración de imágenes o tecnología de eliminación de patrones, que es adecuada para: extraer patrones de huellas dactilares de patrones regulares (como textiles), mejorar imágenes desenfocadas y eliminar interferencias de imágenes satelitales. detectores. El ruido entre ellos aclara las imágenes borrosas por la cámara o la traducción del objeto durante la exposición. Srinivasan también informó sobre este tipo de estudio [6]. Zhang Yujun y otros estudiaron la restauración de imágenes de la degradación desigual de la iluminación en fotografías de nódulos de manganeso de aguas profundas [7]. El procesamiento de restauración de imágenes de datos aéreos es otro ejemplo de la aplicación exitosa de la tecnología de restauración de imágenes digitales en geociencia, pero el problema de degradación de las imágenes de datos aéreos es diferente de los ejemplos anteriores. Tras el exitoso estudio, el método ha sido verificado en seis áreas de prueba.
2. Principios y bases teóricas de la tecnología de restauración de imágenes de datos aéreos
Lo que se mide mediante fotografía aérea es una imagen degradada G(x, y), que puede considerarse como real. imagen F(x, y) La superposición de y) y la imagen de interferencia η(x, y) simplifica el proceso de degradación, como se muestra en la Figura 1. El conocimiento previo de la degradación de imágenes aéreas proviene del análisis del proceso de levantamiento aéreo y de las imágenes originales.
Durante el proceso de medición, la información útil de los cuerpos geológicos no se transfiere con el tiempo. La interferencia esencialmente cambia con el tiempo, pero se ha convertido en una función de (x, y) en la imagen porque:
Zhang Yujun habla sobre nuevos métodos de exploración geológica
Figura 1 Datos de rayos aéreos Diagrama esquemático de degradación de la imagen
Los cambios en η se pueden dividir en saltos entre salidas y gradientes dentro de salidas, como se muestra en la Figura 4 (versión en color de la Figura 7). Esta interferencia es aproximadamente constante en cada línea de estudio. Si p> El propósito de la restauración de imágenes aéreas es aproximarse a eta (x) tanto como sea posible, acercándose así a F (x, y). Por este motivo, la imagen original aparece varias veces a lo largo de la dirección de la línea de medición.
Convolución de ventana larga y estrecha de múltiples líneas;
Zhang Yujun analiza nuevos métodos de exploración geológica
donde w es la plantilla de convolución y una matriz compuesta de ponderación factores. El proceso de convolución es una operación lineal y su operador h no cambia con el espacio. Como el operador es lineal, la respuesta de la suma de las dos entradas es igual a la suma de las dos respuestas.
Zhang Yujun habla sobre nuevos métodos de exploración geológica
Ya que se supone que eta solo está relacionado con el Método
Ahora, analice las propiedades de HF(x , y). Debido a los múltiples promedios móviles a lo largo de la dirección Y, las anomalías locales están "sumergidas" en las características del campo cercano, apareciendo como cambios bajos y suaves a lo largo de la línea topográfica. Si f(x, y) se usa para representar anomalías locales y L(x, y) se usa para representar el campo cercano, entonces:
Zhang Yujun habla sobre nuevos métodos de exploración geológica
Luego proceda con el siguiente procesamiento
Zhang Yujun analiza nuevos métodos de exploración geológica
Se puede ver en la ecuación (9) que después de restar la imagen de ruido de la original Imagen, la imagen restaurada f (x, y) se obtiene del local. El ángulo anormal está cerca de la imagen real y el error depende del rango de fluctuación del "valor cercano al fondo" restado en la dirección de la línea de estudio.
En tercer lugar, el proceso de restauración de imágenes de datos aéreos
La investigación sobre la tecnología de restauración de imágenes de datos aéreos se basa en estadísticas multivariadas y utiliza el procesamiento de imágenes como herramienta, lo que refleja el rápido procesamiento de imágenes. Características intuitivas, su diagrama de flujo se muestra en la Figura 2.
Figura 2 Flujo de procesamiento de restauración de imágenes de datos de fotografía aérea
En este método, se supone que el piso de ruido del amplificador aéreo es constante o cambia linealmente a lo largo de la dirección de la línea de reconocimiento. . Al mover el promedio varias veces a lo largo de la línea de medición, las anomalías locales se sumergen gradualmente en el fondo de ruido y se obtiene una imagen de ruido relacionada linealmente con el fondo de ruido. Las imágenes ruidosas aún requieren compensación del efecto de borde; la imagen sin ruido finalmente se restaura mediante el filtrado mediano y la mejora del contraste de las variables espaciales. Este proceso de recuperación se muestra en la mitad izquierda de la Figura 2.
La mitad derecha de la Figura 2 es el proceso de reconstrucción del archivo de cuadrícula de datos, que es esencial para aplicaciones prácticas. Después de la clasificación y partición, se obtiene el vector medio de cada categoría antes y después de la restauración. El contenido del elemento o el valor de la tasa de conteo de la imagen restaurada se obtiene mediante ajuste de mínimos cuadrados, y se obtiene el archivo de cuadrícula para dibujar el mapa de contorno en la computadora host. restablecido.
Este estudio utiliza el valor promedio a lo largo de la línea de medición como nivel de ruido, y los resultados no son tan ideales como el método anterior.
IV. Evaluación de efectos y errores
1. Efecto de la restauración de imágenes de datos aéreos
(1) Mejora de los efectos visuales del dibujo.
Se puede decir vívidamente que la restauración de imágenes aéreas es como usar una tira de tela para abrir una cortina, permitiendo que la imagen original que era vagamente visible a través de la cortina revele su verdadero rostro, como se muestra en Figura 3a (versión en color) Figura 7). La mejora del efecto visual del dibujo también se refleja en la eliminación del ruido irregular en el límite de la roca causado por problemas de posicionamiento, como se muestra en la Figura 5 (Figura 7 adjunta a la placa de color). La Figura 5 es la imagen de contraste de trayectoria total, 5a son los datos originales, 5b es la imagen de ruido, 5c es la imagen sin ruido y 5d es la imagen restaurada.
(2) El mapa de contorno elaborado con los datos recuperados es real.
Tome el área de estudio de Hamiqiu como ejemplo. Debido a la interferencia de bandas en los datos originales, los mapas de contorno de los canales de potasio, torio y uranio no se pueden dibujar en la computadora principal. Solo se proporcionan secciones planas; solo se proporciona la trayectoria principal. Se proporcionan gráficos de contorno, pero aún se puede ver el efecto de las rayas.
Después de la recuperación de la imagen y la reconstrucción del archivo de cuadrícula, se devuelve a la computadora host para dibujar los contornos TC, K, Th y U. Ahora tome los contornos de K datos recuperados en la Figura 6 (versión en color de la Figura 7) como ejemplo. En comparación con el mapa geológico, las anomalías se corresponden bien con los cuerpos geológicos y las tendencias de radiactividad de las distintas litologías también son consistentes, lo que confirma la fiabilidad de estos contornos. El mapa de clasificación elaborado a partir de las imágenes restauradas también confirma este punto, como se muestra en la Figura 7 (versión en color de la Figura 7). Los números en la Figura 7 son: ① roca ultrabásica; ② roca básica; ③ granito; ⑤ roca metamórfica; ⑦ sedimentación cuaternaria;
(3) Información útil agregada.
Este estudio utiliza métodos estadísticos multivariados para evaluar cuantitativamente el efecto de restauración de imágenes aéreas. Las imágenes se pueden evaluar cuantitativamente por el tamaño de los valores de varianza que contienen información útil. Entonces necesitamos calcular el promedio de la variación total de toda la imagen para un píxel, que es el valor de variación promedio. ¿Usar c, c? yc" representan respectivamente el valor de cambio promedio de la información útil en la imagen original, el valor de cambio promedio de la información de interferencia en la imagen original y el valor de cambio promedio de la información útil en la imagen restaurada final. Las estadísticas en g? (x, y) representa aproximadamente η (x); use [G (x, y) -G? (x, y)] para representar aproximadamente f (x, y); y), suponiendo que no haya interferencia.
Zhang Yujun habla de nuevos métodos de exploración geológica
En la fórmula, la letra más "-" indica el promedio; el número de filas y columnas de la imagen
Tabla 1 son los resultados estadísticos de la evaluación cuantitativa de imágenes de datos aéreos en el área de estudio de Hami Mound de acuerdo con las categorías anteriores
Tabla 1<. /p>
Como se puede ver en la Tabla 1, K, Th, U y TC después de la restauración de la imagen, la información útil se ha incrementado significativamente en lo que respecta a esta área de trabajo, las imágenes originales de TC y K. son de calidad relativamente mejor, mientras que Th y U son de peor calidad
2. Precisión y evaluación de errores de la imagen restaurada
p>La principal fuente de error en la imagen restaurada. es el "valor de fondo de la región cercana" L(x, y) formado por múltiples promedios móviles. Al contar los datos del contorno de la imagen de interferencia, se obtiene la siguiente evaluación de precisión:
K 0,16 (contenido absoluto). ); th 2,1 PP m;
u 0,15 ppm; recuento de TC 869,6
Verbo (abreviatura de verbo) Conclusión
(1) El método introducido en este El artículo es una tecnología única de restauración de imágenes y datos aéreos propuesta por primera vez en el país y en el extranjero, y su confiabilidad y viabilidad se han verificado en múltiples áreas de trabajo.
(2) Esta tecnología básicamente puede. elimine el fenómeno de bandas causado por el fondo atmosférico y los cambios de umbral, básicamente restaure la apariencia real de las imágenes aéreas y prepárese para un procesamiento adicional de imágenes (como derivación, mejora, clasificación, operaciones lógicas, etc.), por lo que esta tecnología también lo es. un método de preprocesamiento rápido.
(3) Este método mejora el problema de ruido de imagen irregular en los bordes de algunos cuerpos geológicos causado por el desplazamiento de posicionamiento del vuelo.
(4) Este estudio establece la El "valor de varianza promedio de la información útil" como medida para evaluar cuantitativamente el efecto de la restauración de imágenes de datos aéreos como proceso de preprocesamiento, también se analiza el error absoluto o la precisión del método que se puede introducir en los valores del contenido del elemento.
Referencias
[1] Grasty, R.L., "Espectrometría de rayos gamma en la exploración de minerales de uranio: teoría y procedimientos operativos, geofísica y geoquímica en la exploración de minerales metálicos", GSC, Ottawa, 147-162, 1977.
[2]screen, A.A. "Nivelación de datos de radiación gamma en el aire utilizando información de correlación entre canales", Geophysics, 52, 1557-1562, 1987.
[3]Foote, R.S., "Análisis mejorado de datos de radiación gamma en el aire mediante la eliminación de cambios de radiación ambiental y del suelo", en Aplicaciones de la tecnología nuclear en la exploración y el desarrollo de recursos minerales: Conferencia Internacional de Geociencias, 2002. Reunión del OIEA. , Buenos Aires, 187-196, 1968.
[4]Grasty, R.L, "Un sistema automático para calcular el fondo atmosférico en línea", GSC Paper, 1-52, 1987.
[5] Cannon, M., Lehar, A. y Preston, F., Eliminación del patrón de fondo mediante filtrado espectral de potencia, Applied Optics, 22, 777-779, 1983.
[6]Srinivasan, R., Tecnología de recuperación de imágenes de software, Diseño digital, 16, 4, 27-34, 1986.
Shi Jianwen y Zhang Yujun. Investigación sobre restauración de imágenes y tecnología de procesamiento de imágenes de fotografías de nódulos polimetálicos de aguas profundas. Exploración Física y Geoquímica, 1989, (13): 435 ~ 441.
Gracias al camarada Lin Zhenmin por sus valiosos comentarios sobre este artículo. El camarada Shi Jianwen participó en la prueba repetida del área de trabajo, el camarada Xi Jinping y el camarada Xi Jinping compilaron los programas de conversión de archivos de cuadrícula y ajuste de mínimos cuadrados respectivamente, el camarada Yang tomó las capturas de pantalla y el camarada Shui Enhai recopiló los datos de calibración del área de trabajo de prueba. . Gracias.
Investigación sobre tecnología de restauración de imágenes de datos de radiación aérea
Zhang
(Instituto de Geofísica Aeronáutica y Centro de Detección Remota, Ministerio de Geología y Recursos Minerales, Beijing)
Resumen
Este artículo propone un método específico para restaurar imágenes de datos de radiación de aviación. Las principales claves técnicas involucradas en este estudio son: el avance de principios y teorías; el establecimiento de diagramas de flujo de procesamiento; la formulación de métodos para la reconstrucción de archivos de datos cuadriculados y la evaluación de los resultados de recuperación y los errores involucrados en el procesamiento de recuperación;
Palabras clave datos de radiación de aviación, fondo atmosférico, procesamiento de imágenes, tecnología de restauración de imágenes.
Revista de Geofísica, 1990, Volumen 33, Número 4.