Nadat we in eerdere opmerkingen verschillende nuttige hulpmiddelen voor visualisatie en interpretatie hebben behandeld, hebben we het nog niet gehad over 'thick-slice'-verwerking. Daarom presenteren we in deze notitie een nieuwe methode om 3D-GPR-gegevens effectiever te visualiseren door 'thick-slice'-verwerking toe te passen. Voor zover ons bekend is deze methode tot nu toe niet in de handel verkrijgbaar. Het originele concept werd ons gepresenteerd door Mark Grasmueck et al., van de Universiteit van Miami. Hoewel Mark de innovator blijft, hebben we het aangepast als een functie binnen Condor.
Onze inspanningen zijn om voortdurend te zoeken naar effectieve methoden voor het beheren van enorme datasets, zonder verlies van resolutie/detail, die het bewustzijn en de nauwkeurigheid van de diepte/positie behouden en, ten slotte, zich lenen voor het nauwkeurig kiezen van doelen en export naar CAD-omgevingen. Verder vragen onze klanten om dergelijke functionaliteit verpakt in een gebruiksvriendelijke omgeving, zonder de noodzaak van massale aanpassing van parameters. OspreyView, zoals wij het noemen, voldoet aan al deze voorwaarden.
Een eerste voorbeeld van wat we nu presenteren, wordt getoond in figuur 1. De bovenste afbeelding toont onze benadering van 'thick slice'-verwerking, terwijl de onderste afbeelding een traditionele, dunne plak laat zien. Hoewel beide afbeeldingen goed zijn, worden in de OspreyView-afbeelding ten minste vijf hulpprogramma's duidelijk weergegeven die niet of slechts met enige verbeeldingskracht in de onderste aanwezig zijn. Laten we, voordat we dieper ingaan op details, kort enkele concepten in de verwerking van dikke plakken bekijken. Ten eerste is een dieptesegment een horizontale snede door uw dataset, die de amplitudes van de data laat zien nadat de verwerking is toegepast. Het resulterende beeld (C-scan) heeft enkele belangrijke kenmerken. Het geeft een uitstekend overzicht dat zeer omslachtig is om te bereiken door middel van profilering op één lijn, en het behoudt de volledige resolutie van het GPR-systeem en de gegevensverzameling. De dieptelokalisatie van doelen zal nauwkeurig zijn en het verplaatsen door de gegevens zal snel gaan. Figuur 2 (bovenste afbeelding) toont een voorbeeld van een dergelijke basisvisualisatie.
Hoe goed dit type 'thin-slice'-visualisatie ook is, het voor de hand liggende nadeel is dat het alleen laat zien wat de GPR detecteert op het moment/de diepte die door een bepaalde slice wordt doorgesneden. Er is geen effectieve visualisatie van onderdompelende doelen, en het is ook niet mogelijk om die op geheel verschillende diepten te zien. Scrollen is nodig, wat tijd toevoegt, maar belangrijker nog, het geeft de operator geen volledig overzicht.
Om dit nadeel te ondervangen en een beter overzicht te krijgen, is het gebruikelijk om meer verwerking toe te voegen door het gemiddelde te nemen van plakjes over een specifiek dieptebereik. In figuur 2 tonen de middelste en onderste afbeeldingen het effect van een dergelijke middeling over respectievelijk 4 en 8 plakjes. Hoewel de middeling die op de middelste afbeelding wordt toegepast, werkt, werkt deze niet op de onderste afbeelding. De ernstige verslechtering van deze gegevens is te wijten aan het gemiddelde dat bijna een volledige golflengte van het radarsignaal overspant. Deze methode vermindert altijd de resolutie, en zelfs als de 4-slice middeling lijkt te werken, zal een zorgvuldige blik verlies van informatie onthullen. Een Hilbert-transformatie wordt vaak toegevoegd voordat het gemiddelde wordt berekend om de annulering vanwege het bipolaire kenmerk van het GPR-signaal te voorkomen. Deze benadering vermindert echter de resolutie verder en is daarom niet wat we willen.
Dat gezegd hebbende, animaties van gemiddeld gemiddelde plakjes werken goed. Opgesteld met een geschikte framesnelheid, bieden ze een effectieve manier om alle huidige doelen te visualiseren, en deze benadering zal waarschijnlijk niet snel verdwijnen. Hoewel de volledige resolutie behouden blijft, leent het zich niet gemakkelijk als hulpmiddel voor het nauwkeurig selecteren van doelen voor export naar CAD/GIS-omgevingen - een cruciale taak voor onze klanten. Hoe dan ook, het blijft een zinvolle manier om 3D-gegevens te visualiseren en om aandacht te vragen voor wat er met GPR kan worden bereikt.
We zouden kunnen doorgaan met het bespreken van amplitudedrempels of andere manieren om visualisatie te vereenvoudigen en te verbeteren, maar dat valt buiten het bestek van dit document. Het doel is 'thick-slice'-verwerking, dus laten we naar OspreyView springen. In figuur 3 hieronder is een tweede vergelijking te zien tussen deze nieuwe methode (onder) en een typische 'thin-slice' (boven). De twee gegevensvoorbeelden onthullen nutsleidingen onder een druk kruispunt, gecentreerd op ca. 1.3 meter diepte.
In dit voorbeeld heeft de operator OspreyView ingesteld om door te kijken van 0.2 tot 1.9 m, waardoor bijna alles wat beschikbaar is in deze gegevens wordt onthuld. Dit uitgebreide assortiment vervaagt misschien wat subtiele details, maar geeft een uitstekend overzicht.
Gezien het voorbeeld in figuur 3, zou het voordeel van OspreyView duidelijk moeten zijn voor iedereen die met 3D-GPR-gegevens werkt, ook al wordt alleen het vogelperspectief door de grond getoond. Dit vogelperspectief is niet de uiteindelijke levering die onze klanten nodig hebben, maar een duidelijk overzicht van de scène is essentieel. Over precisie zullen we het later hebben.
Hoe werkt OspreyView?
In eenvoudige bewoordingen past de software een kleurenmatrix toe voor decoderingsdiepten en signaalretoursterkten. Deze benadering verschilt van de 1-dimensionale kleurenpaletten die algemeen worden gebruikt in de GPR-industrie.
Zoals weergegeven in afbeelding 4, is de standaardkleurenmatrix zo ingesteld dat doelen in het midden groenachtig zijn, terwijl die ondieper of dieper respectievelijk geelachtig of blauwachtig zijn. Dit schema is geschikt om een gevoel van diepte in de afbeeldingen te behouden (volgens het concept van de uitvinder). Het is een eenvoudig proces om de kleurenmatrix te wijzigen, indien nodig voor diegenen die iets anders willen.
Gebruiksvriendelijkheid is een kenmerk dat vaak over het hoofd wordt gezien. We denken dat het essentieel is en streven ernaar om dat een kenmerk van het merk ImpulseRadar te maken - waarom dingen ingewikkeld maken als ze niet nodig zijn? OspreyView wordt bestuurd door twee schuifregelaars, één voor het dieptebereik en één voor contrast, zoals weergegeven in Afbeelding 4 hierboven. De weergave zelf wordt geactiveerd via een selectievakje, dus schakelen tussen de normale weergave en OspreyView is snel en kan niet eenvoudiger.
Als we teruggaan naar wat onze klanten in hun leveringsrapporten moeten zetten, dwz precieze doellocaties, zie figuur 5 hierboven, hoe OspreyView helpt om precies dat te extraheren. De precisie-interpretaties draaien om de Ribbon-Box-functie die in eerdere opmerkingen werd gepresenteerd, en OspreyView past naadloos bij deze functie. Het resultaat is dat het nauwkeurig kiezen van doelen nu een nog eenvoudigere taak is, gezien het superieure kleurgecodeerde diepteprofieloverzicht van OspreyView.
De OspreyView is niet alleen een manier om het bovenaanzicht te kleuren, het bevat ook diepte-informatie. Dit betekent dat wanneer we een lijn langs een gekleurd hulpprogramma in het bovenaanzicht kiezen, de hoekpunten van die picks op de precieze diepte worden geplaatst die door die kleur wordt bepaald. Kortom, we maken nu precieze diepte-picks vanuit het bovenaanzicht! Om dit te laten werken, moeten we redelijke schone gegevens hebben, aan de andere kant kunnen verkeerd uitgelijnde keuzes eenvoudig in een zijaanzicht worden aangepast.
We hebben ook ontdekt dat deze manier om gegevens te visualiseren ons helpt om subtiele doelen en anomalieën te vinden die anders moeilijk te detecteren zijn. Ze zijn niet onzichtbaar in de enkelvoudige weergave, maar ze kunnen gemakkelijk onopgemerkt worden gepasseerd, al is het maar zichtbaar op één diepteschijf. Afbeelding 6 hieronder illustreert dit perfect. De bovenste afbeelding is een gewone plak waar sommige van de door de mens gemaakte structuren nauwelijks zichtbaar zijn. Ze zijn slechts in een of twee plakjes te detecteren, en zwak. Vergelijk dit met OsrpreyView waar ze duidelijk zichtbaar zijn.
Het nut is niet beperkt tot ideale gegevens, en in feite hebben we het nuttig gevonden in alle projecten waarop het is toegepast. Het helpt natuurlijk niet wanneer een positie onjuist is of wanneer de grond GPR onbruikbaar maakt, maar we hebben ontdekt dat het zelfs helpt als het moeilijk wordt.
Samenvatting
OspreyView is de eerste commerciële toepassing van een nieuwe methode voor het visualiseren van 3D-GPR-gegevens. Het is beschikbaar in onze CONDOR-software en de voordelen zijn als volgt samengevat:
- De gebruiker heeft direct een duidelijk overzicht van de doelen eronder, zonder verdere verwerking in een willekeurig variabel tijdvenster.
- Behoudt volledig de resolutie van de originele gegevens, zowel in diepte als ruimtelijk.
- Zeer snel, schakelen tussen traditionele slice-view en OspreyView is direct.
- Ondersteunt het nauwkeurig selecteren van doelen, inclusief de juiste diepte, alleen vanuit het bovenaanzicht, zonder de picks in andere weergaven te verstoren.
- Vereist geen aparte verwerkingsinstanties, geen extra schijfruimte nodig.
- Helpt bij het detecteren van vage objecten, minimaliseert het risico op gemiste doelen.
- Heeft een duidelijke en intuïtieve gebruikersinterface, geen parameteraanpassing nodig
