Nachdem wir in früheren Anmerkungen mehrere nützliche Visualisierungs- und Interpretationswerkzeuge behandelt haben, haben wir noch nicht über die „Dickschicht“-Verarbeitung gesprochen. Daher stellen wir in diesem Hinweis eine neuartige Methode zur effektiveren Visualisierung von 3D-GPR-Daten vor, indem wir die „Dickschicht“-Verarbeitung anwenden. Diese Methode ist nach unserem Kenntnisstand bisher nicht kommerziell erhältlich. Das ursprüngliche Konzept wurde uns von vorgestellt Mark Grasmück et al., der Universität von Miami. Während Mark der Innovator bleibt, haben wir es als Feature innerhalb angepasst Condor.
Wir bemühen uns ständig um effektive Methoden zur Verwaltung riesiger Datensätze ohne Auflösungs-/Detailverlust, die das Tiefen-/Positionsbewusstsein und die Genauigkeit bewahren und sich schließlich für die präzise Auswahl von Zielen und den Export in CAD-Umgebungen eignen. Darüber hinaus fragen unsere Kunden nach solchen Funktionen, die in einer benutzerfreundlichen Umgebung verpackt sind, ohne dass massive Parameteranpassungen erforderlich sind. OspreyView, wie wir es nennen, erfüllt all diese Bedingungen.
Ein erstes Beispiel dessen, was wir jetzt präsentieren, ist in Abbildung 1 zu sehen. Das obere Bild zeigt unseren Ansatz zur „Dickschnitt“-Verarbeitung, während die untere Ansicht einen traditionellen, dünnen Schnitt zeigt. Obwohl beide Bilder gut sind, werden im OspreyView-Bild mindestens fünf Utilities deutlich, die im unteren nicht oder nur mit etwas Fantasie vorhanden sind. Bevor wir uns weiter mit den Details befassen, lassen Sie uns kurz auf einige Konzepte der Dickschichtverarbeitung eingehen. Erstens ist ein Tiefenschnitt ein horizontaler Schnitt durch Ihren Datensatz, der die Amplituden der Daten nach Anwendung der Verarbeitung zeigt. Das resultierende Bild (C-Scan) hat einige signifikante Eigenschaften. Es bietet einen hervorragenden Überblick, der durch Einzellinienprofilierung sehr umständlich zu erreichen ist, und bewahrt die volle Auflösung des GPR-Systems und der Datenerfassung. Die Tiefenlokalisierung von Zielen wird präzise sein, und das Navigieren durch die Daten wird schnell erfolgen. Abbildung 2 (oberes Bild) zeigt ein Beispiel für eine solche grundlegende Visualisierung.
So gut diese Art der „Dünnschicht“-Visualisierung auch ist, der offensichtliche Nachteil ist, dass sie nur zeigt, was das GPR zum Zeitpunkt/Tiefe-Schnitt durch eine bestimmte Schicht erkennt. Es gibt keine effektive Visualisierung von eintauchenden Zielen, noch kann es möglich sein, diese in völlig unterschiedlichen Tiefen zu sehen. Scrollen ist erforderlich, was Zeit kostet, aber was noch wichtiger ist, es gibt dem Bediener keinen vollständigen Überblick.
Um diesen Nachteil zu überwinden und einen besseren Überblick zu erhalten, ist es üblich, mehr Verarbeitung hinzuzufügen, indem Schnitte über einen bestimmten Tiefenbereich gemittelt werden. In Abbildung 2 zeigen das mittlere und das untere Bild den Effekt einer solchen Mittelung über 4 bzw. 8 Schnitte. Während die auf das mittlere Bild angewendete Mittelung funktioniert, funktioniert sie auf dem unteren Bild nicht. Die starke Verschlechterung dieser Daten ist auf die Mittelung zurückzuführen, die nahezu eine volle Wellenlänge des Radarsignals überspannt. Diese Methode reduziert immer die Auflösung, und selbst wenn die 4-Schicht-Mittelung zu funktionieren scheint, wird ein genauer Blick einen Informationsverlust offenbaren. Oft wird vor der Mittelwertbildung eine Hilbert-Transformation hinzugefügt, um die Auslöschung aufgrund des bipolaren Attributs des GPR-Signals zu vermeiden. Dieser Ansatz reduziert jedoch die Auflösung weiter und ist daher nicht das, was wir wollen.
Allerdings funktionieren Animationen von mäßig gemittelten Slices gut. Mit einer geeigneten Bildgeschwindigkeit eingerichtet, bieten sie eine effektive Möglichkeit, alle vorhandenen Ziele zu visualisieren, und dieser Ansatz wird wahrscheinlich nicht bald verschwinden. Obwohl die volle Auflösung erhalten bleibt, eignet es sich nicht einfach als Werkzeug zur Unterstützung der präzisen Zielauswahl für den Export in CAD/GIS-Umgebungen – eine kritische Aufgabe für unsere Kunden. Unabhängig davon bleibt es eine sinnvolle Möglichkeit, 3D-Daten zu visualisieren und darauf aufmerksam zu machen, was mit GPR erreicht werden kann.
Wir könnten weiter über Amplitudenschwellenwerte oder andere Mittel zur Vereinfachung und Verbesserung der Visualisierung sprechen, aber das würde den Rahmen dieses Dokuments sprengen. Das Ziel ist die „Thick-Slice“-Verarbeitung, also springen wir zu OspreyView. Abbildung 3 unten zeigt einen zweiten Vergleich zwischen dieser neuen Methode (unten) und einem typischen „Dünnschnitt“ (oben). Die beiden Datenbeispiele zeigen Versorgungsleitungen unter einer stark befahrenen Straßenkreuzung, zentriert bei ca. 1.3 m Tiefe.
In diesem Beispiel hat der Bediener OspreyView so eingestellt, dass es von 0.2 bis 1.9 m durchschaut, wodurch fast alles in diesen Daten verfügbare angezeigt wird. Dieses umfangreiche Sortiment kann einige subtile Details verwischen, aber es gibt einen hervorragenden Überblick.
Anhand des Beispiels in Abbildung 3 sollte der Vorteil von OspreyView für jeden offensichtlich sein, der mit 3D-GPR-Daten arbeitet, auch wenn nur die Vogelperspektive durch den Boden gezeigt wird. Diese Vogelperspektive ist nicht die endgültige Lieferung, die unsere Kunden benötigen, aber ein klarer Überblick über die Szene ist unerlässlich. Wir werden später über Präzision sprechen.
Wie funktioniert OspreyView?
Einfach ausgedrückt wendet die Software eine Farbmatrix zur Dekodierung von Tiefen und Signalrückgabestärken an. Dieser Ansatz unterscheidet sich von den eindimensionalen Farbpaletten, die üblicherweise in der GPR-Industrie verwendet werden.
Wie in Abbildung 4 gezeigt, ist die Standardfarbmatrix so eingestellt, dass die Ziele in der Mitte grünlich sind, während die flacheren oder tieferen gelblich bzw. bläulich sind. Dieses Schema ist geeignet, um ein Gefühl von Tiefe in den Bildern zu bewahren (gemäß dem Konzept des Erfinders). Es ist ein unkomplizierter Vorgang, die Farbmatrix nach Bedarf für diejenigen zu ändern, die etwas anderes wünschen.
Benutzerfreundlichkeit ist ein oft übersehenes Merkmal. Wir halten es für wesentlich und bemühen uns, dies zu einem Markenzeichen der Marke ImpulseRadar zu machen – warum die Dinge kompliziert machen, wenn sie nicht sein müssen? OspreyView wird durch zwei Schieberegler gesteuert, einen für den Tiefenbereich und einen für den Kontrast, wie in Abbildung 4 oben gezeigt. Die Ansicht selbst wird über ein Kontrollkästchen aktiviert, sodass der Wechsel zwischen der regulären Ansicht und OspreyView schnell und denkbar einfach ist.
Zurück zu dem, was unsere Kunden in ihre Lieferberichte eintragen müssen, dh genaue Zielorte, Abbildung 5 oben, zeigt, wie OspreyView dabei hilft, genau das zu extrahieren. Die Präzisionsinterpretationen drehen sich um die Ribbon-Box-Funktion, die in früheren Anmerkungen vorgestellt wurde, und OspreyView fügt sich nahtlos in diese Funktion ein. Das Ergebnis ist, dass die präzise Auswahl von Zielen jetzt eine noch einfachere Aufgabe ist, wenn man die überlegene farbkodierte Tiefenprofilübersicht von OspreyView betrachtet.
Das OspreyView ist nicht nur eine Möglichkeit, die Draufsicht einzufärben, es enthält auch Tiefeninformationen. Das bedeutet, dass, wenn wir eine Linie entlang einer farbigen Versorgungsleitung in der Draufsicht auswählen, die Scheitelpunkte dieser Auswahlen in der genauen Tiefe platziert werden, die durch diese Farbe bestimmt wird. Kurz gesagt, wir machen jetzt präzise Tiefenpicks aus der Draufsicht! Damit dies funktioniert, müssen wir einigermaßen saubere Daten haben, andererseits können falsch ausgerichtete Plektren leicht in einer Seitenansicht angepasst werden.
Wir haben auch festgestellt, dass diese Art der Datenvisualisierung uns hilft, subtile Ziele und Anomalien zu finden, die sonst schwer zu erkennen sind. Sie sind in der Einzelschichtansicht nicht unsichtbar, werden aber leicht unbemerkt übersehen, wenn sie nur in einer Tiefenschicht sichtbar sind. Abbildung 6 unten veranschaulicht dies perfekt. Das obere Bild ist ein gewöhnlicher Schnitt, bei dem einige der von Menschenhand geschaffenen Strukturen kaum sichtbar sind. Sie sind nur in ein oder zwei Schichten und schwach zu erkennen. Vergleichen Sie dies mit OsrpreyView, wo sie deutlich sichtbar sind.
Die Nützlichkeit ist nicht auf ideale Daten beschränkt, und tatsächlich haben wir sie in allen Projekten, auf die sie angewendet wurde, als nützlich empfunden. Natürlich hilft es nicht, wenn eine Position falsch ist oder wenn der Boden GPR unbrauchbar macht, aber wir haben es als hilfreich empfunden, selbst wenn es schwierig wird.
Zusammenfassung
OspreyView ist die erste kommerzielle Anwendung einer neuartigen Methode zur Visualisierung von 3D-GPR-Daten. Es ist in unserer CONDOR-Software verfügbar, und die Vorteile sind wie folgt zusammengefasst:
- Der Benutzer hat sofort und ohne weitere Bearbeitung in einem beliebig variablen Zeitfenster einen klaren Überblick über die darunter liegenden Ziele.
- Behält die Auflösung der Originaldaten vollständig bei, sowohl in der Tiefe als auch im Raum.
- Sehr schnell, das Umschalten zwischen traditioneller Slice-Ansicht und OspreyView erfolgt sofort.
- Unterstützt die präzise Auswahl von Zielen, einschließlich der korrekten Tiefe, nur aus der Draufsicht, ohne die Auswahl in anderen Ansichten zu beeinträchtigen.
- Erfordert keine separaten Verarbeitungsinstanzen, kein zusätzlicher Speicherplatz erforderlich.
- Hilft bei der Erkennung schwacher Objekte und minimiert das Risiko von verfehlten Zielen.
- Verfügt über eine unkomplizierte und intuitive Benutzeroberfläche, keine Parameteranpassung erforderlich
