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物探与化探  2021, Vol. 45 Issue (2): 496-501    DOI: 10.11720/wtyht.2021.1223
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双边滤波在探地雷达数据去噪处理中的应用
张斯薇(), 吴荣新, 韩子傲, 吴海波
安徽理工大学 地球与环境学院,安徽 淮南 232001
The application of bilateral filtering to denoise processing of ground penetrating radar data
ZHANG Si-Wei(), WU Rong-Xin, HAN Zi-Ao, WU Hai-Bo
School of Earth and Environment,Anhui University of Science and Technology,Huainan 232001,China
全文: PDF(3312 KB)   HTML
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 

在探地雷达数据的采集过程中,受外界因素影响会不可避免地混入噪声,严重干扰有效回波的识别与解译。为此,利用双边滤波算法进行探地雷达数据的去噪处理,通过在探地雷达正演记录加入高斯白噪声来模拟实测的探地雷达记录,利用双边滤波器对含噪声的合成记录进行滤波处理,结果表明双边滤波算法能除去大部分高斯噪声,突出有效回波信息,峰值信噪比(PSNR)由初始的15.845 1增加到22.147 7。进一步将双边滤波器用于实测记录的滤波,从滤波结果来看,噪声除去效果较好,表明双边滤波器能有效应用于探地雷达数据的去噪处理。

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张斯薇
吴荣新
韩子傲
吴海波
关键词 双边滤波探地雷达高斯白噪峰值信噪比    
Abstract

During the acquisition of ground penetrating radar (GPR) data, noise would inevitably be mixed in by the influence of external factors, which seriously interferes with the identification and interpretation of effective echo. Therefore, the authors used the bilateral filtering algorithm to remove noise from ground penetrating radar data. By adding White Gaussian Noise to the forward record of ground penetrating radar to simulate the measured ground penetrating radar record, the synthetic record containing noise was filtered by bilateral filter. The results show that the bilateral filtering algorithm can remove most of the White Gaussian Noise, highlight the effective echo information and increase the peak signal-to-noise ratio (PSNR) from 15.845 1 to 22.147 7. Furthermore, the bilateral filter was used to filter the measured records. The filtered results show that the noise removal effect is better, which indicates that the bilateral filter could be effectively applied to the denoise of ground penetrating radar data.

Key wordsbilateral filter    ground penetrating radar    Gaussian white noise    peak signal-to-noise ratio
收稿日期: 2020-04-27      修回日期: 2020-09-15      出版日期: 2021-04-20
ZTFLH:  P631.3  
基金资助:安徽高校自然科学研究重点项目(KJ2018A0071);煤炭资源与安全开采国家重点实验室开放基金(SKLCRSM19KFA16)
作者简介: 张斯薇(1996-),女,四川南充人,硕士研究生,研究方向为工程地球物理勘查。 Email: 1735252739@qq.com
引用本文:   
张斯薇, 吴荣新, 韩子傲, 吴海波. 双边滤波在探地雷达数据去噪处理中的应用[J]. 物探与化探, 2021, 45(2): 496-501.
ZHANG Si-Wei, WU Rong-Xin, HAN Zi-Ao, WU Hai-Bo. The application of bilateral filtering to denoise processing of ground penetrating radar data. Geophysical and Geochemical Exploration, 2021, 45(2): 496-501.
链接本文:  
https://www.wutanyuhuatan.com/CN/10.11720/wtyht.2021.1223      或      https://www.wutanyuhuatan.com/CN/Y2021/V45/I2/496
Fig.1  探地雷达正演记录
Fig.2  不同信噪比的探地雷达合成记录
a—信噪比为2的合成记录;b—信噪比为10的合成记录
Fig.3  图2a的探地雷达记录双边滤波结果
a—双边滤波后的剖面;b—残差剖面
Fig.4  图2b的探地雷达记录双边滤波结果
a—双边滤波后的剖面;b—残差剖面
高斯白噪声
信噪比
含噪图像
信噪比
滤波图像
信噪比
1 1.872 9 13.391 5
2 4.875 9 15.360 2
10 11.867 8 22.147 7
Table 1  不同信噪比的高斯白噪声滤波图像PSNR值
Fig.5  PVC管实测探地雷达记录的双边滤波效果
a—原始剖面;b—滤波后剖面;c—残差剖面
Fig.6  管道实测探地雷达记录的双边滤波效果
a—原始剖面;b—滤波后剖面;c—残差剖面
[1] 曾昭发. 探地雷达方法原理及应用[M]. 北京: 科学出版社, 2006.
[1] Zeng Z F. Principle and application of ground penetrating radar[M]. Beijing: Science Press, 2006.
[2] 李大心. 探地雷达方法与应用[M]. 北京: 地质出版社, 1994.
[2] Li D X. Method and application of ground penetrating radar[M]. Beijing: Geological Publishing House, 1994.
[3] 黄真萍, 曹洁梅, 周成峰, 等. 探地雷达资料的高分辨去噪处理及应用[J]. 福州大学学报:自然科学版, 2012,40(4):521-526.
[3] Huang Z P, Cao J M, Zhou C F, et al. The high-resolution de-noise processing of processing-pretetrating radar data and its engineering application[J]. Journal of Fuzhou University:Natural Science Edition, 2012,40(4):521-526.
[4] 张先武, 高云泽, 方广有. 带有低通滤波的广义S变换在探地雷达层位识别中的应用[J]. 地球物理学报, 2013,56(1):309-316.
[4] Zhang X W, Gao Y Z, Fang G Y. Appliaction of generalized S transform with lowpass filtering to layer recognition of Ground Penetrating Radar[J]. Chinese Journal of Geophysics, 2013,56(1):309-316.
[5] 杨秋芬. 基于维纳滤波的探地雷达信号提高分辨率研究[J]. 科技视界, 2013(27).
[5] Yang Q F. Reaserch on improved resolution of ground penetratin rada signal on Wiener filter [J]. Science & Technology Vision, 2013(27).
[6] 黄敏, 朱德兵, 郭政学, 等. 连续小波变换在探地雷达信号分析中的应用[J]. 物探化探计算技术, 2012,34(5):593-598.
[6] Huang M, Zhu D B, Guo Z X, et,al. Application of continuous Wavelet transform in signal analysis of ground penetrating radar[J]. Computing Technologys for Geochemical Exploration, 2012,34(5):593-598.
[7] 李春华, 胡本钓. 基于小波变换mallat算法的雷达回波去噪[J]. 机电一体化, 2010,16(2):51-53.
[7] Li C H, Hu B D. Radar target signal denoising based on wavelet mallat algorithm[J]. Mechatronics, 2010,16(2):51-53.
[8] 张梦殊, 那振宇, 梁道轩, 等. 一种联合小波阈值和维纳滤波的探地雷达信号去噪方法[J]. 移动通信, 2018,42(7):39-44.
[8] Zhang M S, Na Z Y, Liang D X, et,al. A Joint wavelet threshold and wiener filtering de-noising method for ground penetrating radar signal[J]. Mobile Communications, 2018,42(7):39-44.
[9] Tomasi C, Manduchi R. Bilateral filtering for gray and color images[C] //Proceedings of the Sixth International Conference on Computer Vision (ICCV98), IEEE Computer Society, 1998.
[10] 王玉灵. 基于双边滤波的图像处理算法研究[D]. 西安:西安电子科技大学, 2010.
[10] Wang Y L. Study of algorithm in image processing based on the bilateral filter[D]. Xi'an: Xidian University, 2010.
[11] 蒋辉. 双边滤波理论及其在遥感图像处理中的应用研究[D]. 成都:西南交通大学, 2014.
[11] Jiang H. Reaearch for bilateral filtering theory and its application in remote sensing image processing[D]. Chengdu:Southwest Jiaotong University, 2014.
[12] Paris S, Kornprobst P, Tumblin J, et al. A gentle introduction to bilateral filtering and its applications[C] // ACM Siggraph 2008 Classes,ACM, 2008.
[13] 方连超. 基于双边结构张量的三维图像纹理分析与应用[D]. 成都:电子科技大学, 2014.
[13] Fang L C. Analysis and application of 3D image texture based on bilateral structure tensor[D]. Changdu:University of Electronic Science and Technology of China, 2014.
[14] 郑丽娟, 张杰, 郑丽萍. 基于体素的双边滤波快速实现[J]. 电视技术, 2018,42(12):11-17.
[14] Zheng L J, Zhang J, Zheng L P. A fast implementation of bilateral filtering with voxel[J]. Television Technology, 2018,42(12):11-17.
[15] 赵苓, 郭召阳, 任仲超. 基于改进双边滤波的气体泄漏检测[J]. 液压与气动, 2019,43(3):49-53.
[15] Zhao L, Guo Z Y, Ren Z C. Air leak detection based on bilateral filter of infrared image[J]. Chinese Hydraulics & Pneumatics, 2019,43(3):49-53.
[16] Weickert J. Coherence-enhancing diffusion filtering[J]. International Journal of Computer Vision, 1999,31:111-127.
[17] 余胜威, 丁建明, 吴婷, 等. MATLAB图像滤波去噪分析及其应用[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2015.
[17] Yu S W, Ding J M, Wu T, et al. MATLAB image filtering denoising discovery and application[M]. Beijing: Beihang University Press, 2015.
[18] 王念旭, 杨亚东. DSP基础与应用系统设计[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2001.
[18] Wang N X, Yang Y D. Basic and application system design of DSP[M]. Beijing: Beihang University Press, 2001.
[1] 席宇何, 王洪华, 王欲成, 吴祺铭. 基于速度移动窗的最小熵法在GPR逆时偏移中的应用[J]. 物探与化探, 2023, 47(5): 1250-1260.
[2] 吴嵩, 宁晓斌, 杨庭伟, 姜洪亮, 卢超波, 苏煜堤. 基于神经网络的探地雷达数据去噪[J]. 物探与化探, 2023, 47(5): 1298-1306.
[3] 曾波, 刘硕, 杨军, 冯德山, 袁忠明, 柳杰, 王珣. 地表起伏对地下管线GPR探测的影响[J]. 物探与化探, 2023, 47(4): 1064-1070.
[4] 王欲成, 王洪华, 苏鹏锦, 龚俊波, 席宇何. 地下供水管线渗漏的探地雷达模拟探测试验分析[J]. 物探与化探, 2023, 47(3): 794-803.
[5] 徐立, 冯温雅, 姜彦南, 王娇, 朱四新, 覃紫馨, 李沁璘, 张世田. 基于行列方差方法的探地雷达道路数据感兴趣区域自动提取技术[J]. 物探与化探, 2023, 47(3): 804-809.
[6] 冯温雅, 程丹丹, 王成浩, 程星. 基于探地雷达等效采样的时变零偏实时校正方法[J]. 物探与化探, 2023, 47(2): 372-376.
[7] 周东, 刘毛毛, 刘宗辉, 刘保东. 基于瞬时相位余弦的探地雷达多层路面自动检测[J]. 物探与化探, 2022, 46(4): 961-967.
[8] 蔡连初, 缪念有. 探地雷达宽角反射图形拟合方法[J]. 物探与化探, 2021, 45(1): 239-244.
[9] 韩佳明, 仲鑫, 景帅, 刘平. 探地雷达在黄土地区城市地质管线探测中的应用[J]. 物探与化探, 2020, 44(6): 1476-1481.
[10] 李靖翔, 赵明, 赖皓, 熊双成, 唐阳. 地下电缆的探地雷达图像特征与识别技术[J]. 物探与化探, 2020, 44(6): 1482-1489.
[11] 高阳, 彭明涛, 杨培胜, 王恒, 王平, 李海. 三峡库区巫峡段高陡峡谷区危岩裂隙带探地雷达探测[J]. 物探与化探, 2020, 44(2): 441-448.
[12] 王飞详, 梁风, 左双英. 基于探地雷达岩体浅部节理面识别的模型实验[J]. 物探与化探, 2020, 44(1): 185-190.
[13] 许泽善, 周江涛, 刘四新, 曾贤德. 三维步进频率探地雷达在沥青层厚度检测中的应用[J]. 物探与化探, 2019, 43(5): 1145-1150.
[14] 龚俊波, 王洪华, 王敏玲, 罗泽明. 逆时偏移在探地雷达数据处理中的应用[J]. 物探与化探, 2019, 43(4): 835-842.
[15] 王成浩, 程丹丹. 基于马氏距离模板特征的地雷目标识别研究[J]. 物探与化探, 2019, 43(4): 899-903.
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