地质雷达应用技术及雷达图像处理方法研究

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地质雷达因其分辨率好、工作效率高、操作简便和对探测体无损伤的特点,被广泛应用于各种工程领域,尤其在隧道工程中的应用更为频繁。本文主要目的是研究地质雷达应用技术并对地质雷达图像的处理算法进行深入分析和研究,主要包括降噪和边缘检测。结合这两种处理技术来达到使工程人员更加准确有效的进行地质雷达图像解释的目的。地质雷达不同于探空雷达,它的应用环境和应用对象相对复杂。因此,在本文中,首先对地质雷达的硬件结构进行仔细研究,深入分析地质雷达的工作原理。随后,引入地质雷达探测方式,研究分析典型地质体地质雷达图像的特征,对地质雷达的应用形成一个初步概念。在这个基础上,引入地质雷达在工程应用中的探测实例,更直观、具体的介绍地质雷达应用技术。由于地质雷达应用环境较为复杂,采集到的地质雷达图像中难免存在干扰噪声,而地质雷达图像中的主要信息特征是目标层的同相轴。因此,本文首先分析了地质雷达图像中的干扰因素,然后对其进行相应的降噪处理和边缘检测。降噪处理主要消除噪声对图像清晰度的影响,而边缘检测则是使同相轴的边缘得到更清楚的刻画。考虑到地质雷达的图像特征,鉴于小波变换有不错的时频局部化特性,且降噪效果好,但它不能很好的保持地质雷达图像中的同相轴;而K-L变换,尽管改善了图像中的同相轴信息,但不能顾全图像频率域信噪比。所以本文在对小波阈值法与传统K-L变换进行改进的基础上引出小波域改进阈值法倾斜K-L变换来对地质雷达图像进行降噪,进而进行多尺度多结构元的数学形态学边缘检测,使去噪后地质雷达图像中的同相轴更为突出。本文所用的图像处理方法,在工程解释中有很大的利用价值,结合小波域改进阈值法倾斜K-L变换结果图和多尺度多结构元数学形态学边缘检测结果图对被探测目标进行解释,可以达到更好的效果。
摘要第4-5页
Abstract第5-6页
1 绪论第10-16页
    1.1 研究的背景与意义第10-11页
    1.2 国内外地质雷达应用研究现状第11-13页
        1.2.1 国外研究现状第11-12页
        1.2.2 国内研究现状第12-13页
    1.3 雷达图像处理的研究现状及存在的问题第13-14页
    1.4 本文的研究内容及安排第14-16页
2 地质雷达工作原理及其硬件系统第16-30页
    2.1 地质雷达工作原理第16-18页
    2.2 地质雷达硬件结构系统第18-26页
        2.2.1 地质雷达发射机第18-24页
        2.2.2 地质雷达接收机第24-25页
        2.2.3 地质雷达显示设备第25页
        2.2.4 地质雷达信号处理设备第25-26页
    2.3 电磁波在介质中的传播特性第26-28页
        2.3.1 电磁波在介质中的衰减第26页
        2.3.2 地质雷达电磁波在地下介质界面处的反射和折射第26-28页
    2.4 地质雷达方程第28-29页
    2.5 本章小结第29-30页
3 地质雷达探测技术第30-41页
    3.1 地质雷达探测方式第30-34页
        3.1.1 地质雷达探测方式第30-32页
        3.1.2 地质雷达参数设置方法第32-34页
    3.2 地质雷达图像特征第34-36页
        3.2.1 地质雷达图像特点第34-35页
        3.2.2 典型地质体雷达图像特征分析第35-36页
    3.3 地质雷达图像干扰因素分析第36-37页
    3.4 地质雷达在工程应用中的探测实例第37-40页
        3.4.1 地质雷达在隧道检测中的应用实例第38-39页
        3.4.2 地质雷达在地质勘探中的应用实例第39-40页
    3.5 本章小结第40-41页
4 地质雷达图像处理方法第41-56页
    4.1 小波变换第41-46页
        4.1.1 连续小波变换第41-42页
        4.1.2 离散小波变换第42-43页
        4.1.3 小波阈值变换法去噪原理第43-45页
        4.1.4 常用小波基及其选择第45-46页
    4.2 K-L变换第46-51页
        4.2.1 K-L变换基本原理第46-49页
        4.2.2 K-L变换中特征值个数选择第49-51页
    4.3 小波域K-L变换第51-52页
    4.4 数学形态学边缘检测第52-55页
        4.4.1 数学形态学边缘检测基本思想第52-53页
        4.4.2 几种常用的数学形态学边缘检测算子第53-54页
        4.4.3 多尺度形态学边缘检测与多结构元形态学边缘检测第54-55页
    4.5 本章小结第55-56页
5 地质雷达图像小波域 K-L 变换去噪与数学形态学边缘检测第56-69页
    5.1 小波变换的改进第56-59页
        5.1.1 阈值函数的改进第56-57页
        5.1.2 仿真结果分析第57-59页
    5.2 快速K-L变换与倾斜 K-L 变换第59-62页
        5.2.1 快速K-L变换第59页
        5.2.2 倾斜K-L变换第59-60页
        5.2.3 仿真结果分析第60-62页
    5.3 小波域改进阈值法倾斜 K-L 变换第62-64页
        5.3.1 小波域改进阈值法倾斜 K-L 变换算法基本思想第62-63页
        5.3.2 仿真结果分析第63-64页
    5.4 多尺度多结构元数学形态学边缘检测第64-68页
        5.4.1 多尺度多结构元数学形态学基本思想第64页
        5.4.2 多尺度多结构元数学形态学边缘检测法仿真结果分析第64-68页
    5.5 本章小结第68-69页
6 结论与展望第69-70页
参考文献第70-74页
攻读硕士学位期间所取得的研究成果第74-75页
致谢第75页
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