[发明专利]基于离散余弦变换和代数重建算法改进矿井无线电波透视成像重建方法

说明书

本发明针对矿井无线电波透视成像图像重建中，存在解析算法无法重建分布不均匀的投影数据的问题，首先对煤岩电磁波探测射入与接收数据进行预处理；其次处理算法影响因素，即迭代初值的选取与电磁波角度的变换；再次基于麦克斯韦方程解出磁场强度；之后基于ART(代数重建算法)重建算法，解出基于DCT(离散余弦变换)变换的代数迭代图像重建算法D‑ART；最后运用D‑ART算法对煤岩作重建处理，得到重建图像；综上，本发明提出一种基于离散余弦变换和代数重建算法改进矿井无线电波透视成像重建方法。

技术领域

本发明涉及基于离散余弦变换和代数重建算法改进矿井无线电波透视成像重建方法，尤其涉及到电磁波折射角在无法确定时的变换图像重建的解决方法，属于矿井工程物探技术领域。

背景技术

传统的电磁波技术识别煤岩的断层结构只要运用矿井直流电法勘探、矿井瞬变电磁法勘探、无线电波透视、探底雷达和地震勘探类方法。随着后来科技的发展以及多年的努力，矿井直流电法勘探、无线电波透视法在理论、技术以及勘探装备方面都有了显著的进步。

在本发明中主要依托于无线电波透视的方法对煤岩的断层进行研究，电磁波在地下岩层中传播时，由于各种岩石、矿电性的不同，它们对电磁波能量的吸收有一定的差异，且不同的电磁波对岩层的识别角度也会有差异，这就考虑到在电磁波无线透视图像重建中的误差问题，通过在数百个工作面的探测，可以充分说明坑道无线电波透视方法可以圈定出工作面内的正常区和异常区，此外，在无线电波透视图像重建过程中，伴随着断裂构造或者空洞所出现的情况，对电磁波产生折射、反射作用时，会造成电磁波的能量损耗，这就是所说的衰减量。但是当电磁波在地下岩层传播时，如果存在着含水地段、陷落柱、断层、空洞或其它不均匀的地质构造，电磁波的能量就会被其吸收或者完全屏蔽，此时就会产生信号显著性异常，透视异常。

对于之前的图像重建相关算法，大多数学者都是基于ART或者SART两种基础算法进行改进，少有考虑到线性迭代误差大的问题，与真值存在较的差异，所以本发明针对算法入手，对ART的结果进行变换，以此实现减小误差的效果。此外，在重建的过程中，会出现电磁波之间不是平行束的情况，此时应考虑角度问题，本发明将运用Hough变换对算法进行改进，以最大程度达到真值，实现对岩层的勘探实测目的。

发明内容

本发明提供了基于离散余弦变换和代数重建算法改进矿井无线电波透视成像重建方法，很大程度上改进ART算法在误差大上的漏洞，以此用于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，进而有效加强矿山的安全问题。

本发明的技术方案是：基于离散余弦变换和代数重建算法改进矿井无线电波透视成像重建方法，首先对煤岩电磁波探测射入与接收数据进行预处理；其次处理算法影响因素，即迭代初值的选取与电磁波角度的变换；再次基于麦克斯韦方程解出磁场强度；之后基于ART重建算法，解出基于DCT变换的代数迭代图像重建算法D-ART；最后运用D-ART算法对煤岩作重建处理，得到重建图像。

此方法的具体步骤如下：

Step1、对煤岩电磁波探测射入与接收数据进行预处理，确定矿山所在地区的煤岩情况，根据矿山中无线电波穿透矿层的电磁波前后的差异值得到此算法所需数据并给出图像重建ART算法现有技术思想以及矿山实况；

首先，假设煤岩地质干扰因素少且结构简单，且存在圆形异构体，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，可以得到一个矩阵，运用此矩阵作为系数矩阵可以对线性方程组进行线性迭代。如图1所示，本发明的一切操作均基于下方场景图像，即进风巷与回风巷切面展示图，此处发射点为一点发射点5，此时值为H₀，它所对应的接收点为一组10个点1-10，此时，值分别为H_i；相反，此处的回风巷也可作为发射区，也同样为一个点发射，10个点接收，此处异构体的变量表示为F_(x,y)，极坐标表示为r_i,j。