Efter att ha täckt flera användbara visualiserings- och tolkningsverktyg i tidigare anteckningar, har vi ännu inte pratat om "tjocka skivor"-bearbetning. Därför presenterar vi i den här anteckningen en ny metod för att visualisera 3D-GPR-data mer effektivt genom att tillämpa "tjocka skivor"-bearbetning. Så vitt vi vet har denna metod inte varit kommersiellt tillgänglig förrän nu. Det ursprungliga konceptet presenterades för oss av Mark Grasmueck et al., från University of Miami. Medan Mark förblir innovatören har vi anpassat det som en funktion inom Condor.
Våra ansträngningar är att ständigt söka effektiva metoder för att hantera enorma datauppsättningar, utan förlust av upplösning/detaljer, som bevarar djup/positionsmedvetenhet och noggrannhet och, slutligen, lämpar sig för exakt plockning av mål och export till cad-miljöer. Vidare efterfrågar våra kunder sådan funktionalitet förpackad i en användarvänlig miljö, utan behov av massiva parameterjusteringar. OspreyView, som vi kallar det, uppfyller alla dessa villkor.
Ett första exempel på vad vi presenterar nu visas i figur 1. Den översta bilden visar vår metod för bearbetning av "tjocka skivor", medan den nedre vyn visar en traditionell, tunn skiva. Även om båda bilderna är bra, visas minst fem verktyg tydligt i OspreyView-bilden som inte finns i den nedre eller bara med lite fantasi. Innan vi går vidare i detaljer, låt oss kort gå igenom några begrepp inom bearbetning av tjocka skivor. För det första är en djupskiva ett horisontellt snitt genom din datauppsättning, som visar datas amplituder efter att bearbetningen har tillämpats. Den resulterande bilden (C-scan) har några betydande egenskaper. Det ger en utmärkt översikt som är mycket besvärlig att uppnå genom enkellinjeprofilering, och den bevarar hela upplösningen av GPR-systemet och datainsamlingen. Djupets lokalisering av mål kommer att vara exakt, och det kommer att gå snabbt genom data. Figur 2 (översta bilden) visar ett exempel på sådan grundläggande visualisering.
Så bra som denna typ av "tunn skiva" visualisering är, är den uppenbara nackdelen att den bara visar vad GPR detekterar vid den tidpunkt/djupet som skärs igenom av en given skiva. Det finns ingen effektiv visualisering av doppmål, och det kan inte heller vara möjligt att se dem på helt olika djup. Scrollning behövs, vilket lägger till tid, men ännu viktigare, det ger inte operatören en fullständig överblick.
För att övervinna denna nackdel och få en bättre överblick, är det vanligt att lägga till mer bearbetning genom att medelvärdelägga skivor över ett specifikt djupintervall. I figur 2 visar de mittersta och nedre bilderna effekten av ett sådant medelvärde över 4 respektive 8 skivor. Medan medelvärdet som tillämpas på mittenbilden fungerar, fungerar det inte på den nedre bilden. Denna datas allvarliga försämring beror på medelvärdesbildningen som sträcker sig nära en full våglängd av radarsignalen. Den här metoden minskar alltid upplösningen, och även om medelvärdet för fyra segment verkar fungera, kommer en noggrann titt att avslöja förlust av information. En Hilbert-transform läggs ofta till innan medelvärdet beräknas för att undvika annulleringen på grund av GPR-signalens bipolära attribut. Men detta tillvägagångssätt minskar upplösningen ytterligare och är därför inte vad vi vill ha.
Som sagt, animeringar av måttligt genomsnittliga skivor fungerar bra. De är konfigurerade med en lämplig bildhastighet och ger ett effektivt sätt att visualisera alla aktuella mål, och detta tillvägagångssätt kommer sannolikt inte att försvinna snart. Även om hela upplösningen bevaras, lämpar den sig inte lätt som ett verktyg som stödjer exakt målplockning för export till CAD/GIS-miljöer – en kritisk uppgift för våra kunder. Oavsett vilket är det fortfarande ett meningsfullt sätt att visualisera 3D-data och att uppmärksamma vad som kan uppnås med GPR.
Vi skulle kunna fortsätta med att diskutera amplitudtröskelvärden eller andra sätt att förenkla och förbättra visualisering, men det ligger utanför ramen för detta dokument. Målet är bearbetning med "tjocka skivor", så låt oss hoppa till OspreyView. Figur 3 nedan visar en andra jämförelse mellan denna nya metod (nederst) och en typisk "tunn skiva" (överst). De två dataexemplen avslöjar ledningar under en trafikerad vägkorsning, centrerad på ca. 1.3 m djup.
I det här exemplet ställde operatören in OspreyView för att se igenom från 0.2 till 1.9 m, vilket avslöjar nästan allt tillgängligt i denna data. Detta omfattande sortiment kan sudda ut några subtila detaljer, men det ger en utmärkt överblick.
Med tanke på exemplet i figur 3 borde fördelen med OspreyView vara uppenbar för alla som arbetar med 3D-GPR-data, även om endast fågelperspektivet genom marken visas. Denna fågelperspektiv är inte den slutliga leveransen som våra kunder kräver, men det är viktigt att ha en tydlig överblick över scenen. Vi kommer att prata om precision senare.
Hur fungerar OspreyView?
Enkelt uttryckt tillämpar programvaran en färgmatris för avkodning av djup och signalreturstyrkor. Detta tillvägagångssätt skiljer sig från de 1-dimensionella färgpaletter som vanligtvis används inom GPR-branschen.
Som visas i figur 4 är standardfärgmatrisen inställd så att mål i mitten är grönaktiga, medan de som är grundare eller djupare är gulaktiga respektive blåaktiga. Detta schema är lämpligt för att bevara en känsla av djup i bilderna (enligt uppfinnarens koncept). Det är en enkel process att ändra färgmatrisen efter behov för de som vill ha något annat.
Användarvänlighet är en funktion som ofta förbises. Vi tycker att det är viktigt och strävar efter att göra det till ett kännetecken för varumärket ImpulseRadar – varför göra saker komplicerade när de inte behöver vara det? OspreyView styrs av två reglage, en för djupområdet och en för kontrast, som visas i figur 4 ovan. Själva vyn aktiveras via en kryssruta, så att växla mellan den vanliga vyn och OspreyView går snabbt och kan inte vara enklare.
Om vi går tillbaka till vad våra kunder behöver lägga i sina leveransrapporter, dvs exakta målplatser, figur 5 ovan, visar hur OspreyView hjälper till att extrahera just detta. Precisionstolkningarna kretsar kring Ribbon-Box-funktionen som presenterades i tidigare anteckningar, och OspreyView smälter samman sömlöst med denna funktion. Resultatet är att exakt plockning av mål nu är en ännu enklare uppgift med tanke på OspreyViews överlägsna färgkodade djupprofilöversikt.
OspreyView är inte bara ett sätt att färglägga toppvyn, den innehåller också djupinformation. Detta betyder att när vi väljer en linje längs ett färgat verktyg i toppvyn, kommer hörnpunkten för dessa val att placeras på det exakta djupet som bestäms av den färgen. Så kort sagt, vi gör nu exakta djupval från ovansidan! För att detta ska fungera måste vi ha rimliga rena data, å andra sidan kan eventuella felinriktade val enkelt justeras i en sidovy.
Vi har också funnit att detta sätt att visualisera data hjälper oss att hitta subtila mål och anomalier som annars är utmanande att upptäcka. De är inte osynliga i vyn med en enda skiva, men de passeras lätt obemärkt förbi, om än bara synliga på en djupskiva. Bild 6 nedan illustrerar detta perfekt. Den översta bilden är en vanlig skiva där några av de mänskligt skapade strukturerna knappt syns. De är bara möjliga att upptäcka i en eller två skivor, och svagt. Jämför detta med OsrpreyView där de är tydligt synliga.
Användbarheten är inte begränsad till idealisk data, och vi har faktiskt funnit den användbar i alla projekt som den har tillämpats på. Uppenbarligen hjälper det inte när en position är felaktig eller när jorden gör GPR värdelös, men vi har funnit det användbart även när det blir tufft.
Sammanfattning
OspreyView är den första kommersiella tillämpningen av en ny metod för att visualisera 3D-GPR-data. Den är tillgänglig i vår CONDOR-programvara, och fördelarna sammanfattas enligt följande:
- Användaren har en tydlig översikt över målen under, omedelbart, utan ytterligare bearbetning i ett godtyckligt variabelt tidsfönster.
- Helt bevarar upplösningen av originaldata, både på djupet och spatialt.
- Mycket snabbt, att växla mellan traditionell skivvy och OspreyView går omedelbart.
- Stöder exakt plockning av mål, inklusive korrekt djup, endast uppifrån, samtidigt som det inte stör plockningen i andra vyer.
- Kräver inga separata bearbetningsinstanser, inget extra diskutrymme behövs.
- Hjälper till att upptäcka svaga föremål, minimerar risken för missade mål.
- Har ett enkelt och intuitivt användargränssnitt, ingen parameterjustering behövs
