Рассмотрев несколько полезных инструментов визуализации и интерпретации в предыдущих заметках, мы еще не говорили об обработке «толстых срезов». Поэтому в этой заметке мы представляем новый метод более эффективной визуализации данных 3D-GPR путем применения обработки «толстых срезов». Насколько нам известно, этот метод до сих пор не был коммерчески доступен. Оригинальную концепцию нам представил Марк Грасмюк и др., Университет Майами. Хотя Марк остается новатором, мы адаптировали его как функцию в Condor.
Наши усилия заключаются в постоянном поиске эффективных методов управления огромными наборами данных без потери разрешения/детализации, которые сохраняют осведомленность о глубине/положении и точность и, наконец, подходят для точного выбора целей и экспорта в САПР. Кроме того, наши клиенты просят такие функциональные возможности, упакованные в удобную для пользователя среду, без необходимости масштабной настройки параметров. OspreyView, как мы его называем, отвечает всем этим условиям.
Первый пример того, что мы представляем сейчас, показан на рис. 1. На верхнем изображении показан наш подход к обработке «толстых срезов», а на нижнем изображении показан традиционный тонкий срез. Хотя оба изображения хороши, на изображении OspreyView четко показаны как минимум пять утилит, которых нет на нижнем или только с некоторым воображением. Прежде чем углубляться в детали, давайте кратко рассмотрим некоторые концепции обработки толстых срезов. Во-первых, срез глубины — это горизонтальный срез набора данных, показывающий амплитуды данных после применения обработки. Полученное изображение (С-скан) имеет некоторые важные характеристики. Он дает превосходный обзор, который очень сложно получить с помощью однолинейного профилирования, и сохраняет полное разрешение георадарной системы и сбора данных. Глубинная локализация целей будет точной, а перемещение по данным будет быстрым. На рис. 2 (верхнее изображение) показан пример такой базовой визуализации.
Каким бы хорошим ни был этот тип визуализации «тонких срезов», очевидным недостатком является то, что он показывает только то, что обнаруживает георадар во время/глубину, прорезанные данным срезом. Отсутствует эффективная визуализация падающих целей, и невозможно увидеть их на совершенно разных глубинах. Необходима прокрутка, что увеличивает время, но, что более важно, не дает оператору полного обзора.
Чтобы преодолеть этот недостаток и получить лучший обзор, обычной практикой является добавление дополнительной обработки путем усреднения срезов по определенному диапазону глубины. На рис. 2 среднее и нижнее изображения показывают эффект такого усреднения по 4 и 8 срезам соответственно. Хотя усреднение, примененное к среднему изображению, работает, оно не работает с нижним изображением. Серьезное ухудшение этих данных связано с усреднением, охватывающим почти полную длину волны радиолокационного сигнала. Этот метод всегда снижает разрешение, и даже если кажется, что усреднение по 4 срезам работает, при внимательном рассмотрении можно обнаружить потерю информации. Преобразование Гильберта часто добавляется перед усреднением, чтобы избежать отмены из-за биполярного атрибута георадарного сигнала. Однако этот подход еще больше снижает разрешение и, следовательно, не является тем, что нам нужно.
Тем не менее, анимация умеренно усредненных фрагментов работает хорошо. Настроенные на подходящую частоту кадров, они обеспечивают эффективный способ визуализации всех существующих целей, и этот подход, скорее всего, скоро не исчезнет. Хотя полное разрешение сохраняется, его нелегко использовать в качестве инструмента, поддерживающего точный выбор целей для экспорта в среды САПР/ГИС, что является важной задачей для наших клиентов. Тем не менее, это остается значимым способом визуализации 3D-данных и привлечения внимания к тому, чего можно достичь с помощью георадара.
Мы могли бы продолжить обсуждение амплитудного порога или других способов упрощения и улучшения визуализации, но это выходит за рамки данного документа. Целью является обработка «толстых срезов», поэтому давайте перейдем к OspreyView. На рисунке 3 ниже показано второе сравнение этого нового метода (внизу) и типичного «тонкого среза» (вверху). В двух примерах данных показаны линии инженерных коммуникаций под оживленным перекрестком дорог с центром прибл. глубина 1.3 м.
В этом примере оператор установил OspreyView для просмотра от 0.2 до 1.9 м, раскрывая почти все, что доступно в этих данных. Этот широкий диапазон может смазать некоторые тонкие детали, но он дает отличный обзор.
Учитывая пример на рисунке 3, преимущество OspreyView должно быть очевидным для всех, кто работает с данными 3D-GPR, даже если показан только вид с высоты птичьего полета через землю. Этот вид с высоты птичьего полета — не окончательная доставка, которую требуют наши клиенты, но иметь четкий обзор сцены очень важно. О точности мы поговорим позже.
Как работает OspreyView?
Проще говоря, программное обеспечение применяет цветовую матрицу для глубины декодирования и силы отраженного сигнала. Этот подход отличается от одномерных цветовых палитр, обычно используемых в георадарной отрасли.
Как показано на рис. 4, цветовая матрица по умолчанию настроена таким образом, что цели в центре имеют зеленоватый цвет, а более мелкие или глубокие — желтоватые или голубоватые соответственно. Эта схема подходит для сохранения ощущения глубины изображения (по замыслу изобретателя). Это простой процесс изменения цветовой матрицы, если это необходимо для тех, кто хочет чего-то другого.
Удобство для пользователя — это функция, которую часто упускают из виду. Мы считаем это необходимым и стремимся сделать это отличительной чертой бренда ImpulseRadar — зачем усложнять вещи, если в них нет необходимости? OspreyView управляется двумя ползунками, один для диапазона глубины и один для контраста, как показано на рисунке 4 выше. Сам вид активируется с помощью флажка, поэтому переключение между обычным видом и OspreyView происходит быстро и проще простого.
Возвращаясь к тому, что наши клиенты должны указать в своих отчетах о доставке, т. е. точному целевому местоположению, на рис. 5 выше показано, как OspreyView помогает извлечь именно это. Прецизионные интерпретации вращаются вокруг функции Ribbon-Box, представленной в предыдущих заметках, и OspreyView органично сочетается с этой функцией. В результате точный выбор целей стал еще проще благодаря превосходному обзору профиля глубины OspreyView с цветовой кодировкой.
OspreyView — это не только способ раскрасить вид сверху, но и информация о глубине. Это означает, что когда мы выбираем линию вдоль цветной утилиты в виде сверху, вершины этих пикировок будут размещены на точной глубине, определяемой этим цветом. Итак, вкратце, теперь мы делаем точные пикировки глубины с вида сверху! Чтобы это работало, у нас должны быть разумные чистые данные, с другой стороны, любые несовмещенные выборки могут быть легко скорректированы в виде сбоку.
Мы также обнаружили, что этот способ визуализации данных помогает нам находить малозаметные цели и аномалии, которые иначе было бы сложно обнаружить. Они не невидимы на одном срезе, но легко проходят незамеченными, если видны только на одном глубинном срезе. Рисунок 6 ниже прекрасно это иллюстрирует. Верхнее изображение представляет собой обычный срез, на котором едва видны некоторые рукотворные структуры. Их удается обнаружить лишь в одном-двух срезах и то слабо. Сравните это с OsrpreyView, где они хорошо видны.
Полезность не ограничивается идеальными данными, и фактически мы обнаружили, что они полезны во всех проектах, к которым они применялись. Очевидно, что это не помогает, когда положение ошибочно или когда почва делает георадар бесполезным, но мы обнаружили, что это полезно, даже когда дела идут плохо.
Резюме
OspreyView — первое коммерческое приложение нового метода визуализации данных 3D-GPR. Он доступен в нашем программном обеспечении CONDOR, и его преимущества сводятся к следующему:
- Пользователь имеет четкий обзор объектов, находящихся под землей, мгновенно, без дальнейшей обработки.
- Полностью сохраняет разрешение исходных данных как по глубине, так и по пространству.
- Переключение между традиционным просмотром срезов и OspreyView происходит мгновенно.
- Поддерживает точное выделение объектов, включая правильную глубину, только из вида сверху, не мешая выбору в других видах.
- Не требует отдельных экземпляров обработки, не требует дополнительного места на диске.
- Помогает в обнаружении слабых объектов, сводит к минимуму риск промаха.
- Имеет простой и интуитивно понятный пользовательский интерфейс, не требующий настройки параметров
