电磁波与弹性波联合逆散射成像方法研究

Nonlinear inversion algorithms have many applications in hydrocarbon exploration and production, biomedical imaging, nondestructive testing, etc. We can retrieve information of the domain of investigation from its physical properties reconstructed from measured data. Recently, joint inversion algorithms has gained a lot of attention because of its capability of simultaneous inversion of data from multi-physical measurements. This technique can significantly improve the accuracy and resolution of the inverted images...In this project, we plan to extend the contrast source inversion algorithm and develop the joint inversion algorithm using electromagnetic and elastic data. We plan to extend the contrast source inversion algorithm to simultaneously invert these two types of data to improve the efficiency of the algorithm and also improve the quality of the reconstructed images. We plan to study 1) fast forward modeling algorithm of electromagnetic and elastic waves, 2) correlation between electrical and elastic parameters of targets, 3) efficient description of a priori information, 4) effective compression of massive measured data, 5) compression method for model parameters in nonlinear inversion algorithms, 6) uncertainty analysis for inverted parameters. From this study, we hope to solve some scientific problems to improve the robustness, efficiency, and accuracy of joint inversion algorithms in its application to hydrocarbon exploration and production, biomedical imaging, etc.

逆散射成像技术在油气勘探，对地观测，生物医学成像，无损探伤等领域都有着广泛的应用。利用逆散射成像技术，我们可以从测量数据中反演探测区域的物理性质，对探测区域进行分析。随着传感器技术的进步和计算机性能的提高，联合多种测量数据的逆散射成像方法的研究已经在学术界和工业界展开。利用多种测量数据包含互补信息的特性，这种方法可以提高反演参数的准确性和逆散射图像的分辨率。..在这项研究中，申请人计划以对比源反演算法为基础，开发电磁波与弹性波的联合逆散射成像方法，从1）电磁波与弹性波的快速正演建模方法；2）电参数与弹性参数的耦合关系与统一成像映射空间的建立；3）先验信息的有效数学描述；4）海量测量数据的有效信息挖掘与压缩；5）非线性反演算法中大尺度反演模型的压缩描述；6）逆散射图像和参数的不确定性分析等方面进行探讨。提高非线性联合反演算法的稳定性、效率和精度，解决联合逆散射成像方法中面临的一些共性科学问题

逆散射成像技术在油气勘探，对地观测，生物医学成像，无损探伤等领域都有着广泛的应用。随着传感器技术的进步和计算机性能的提高，利用逆散射成像技术，我们可从多物理场数据中反演探测区域的物理性质，利用多种测量数据信息互补，提高反演参数的准确性和分辨率。. 在这项研究中，课题组以对比源反演算法为基础，开发电磁波与弹性波联合逆散射成像方法，从建模，反演，联合反演等多个角度开展研究，重要结果包括：. 1）二维和三维联合反演算法平台，以此为基础，开发了电磁波和弹性波联合反演算法，并应用于人体胸腔监测，实现了电磁波与弹性波对人体胸腔联合反演成像，相关结果发表SCI论文2篇，另2篇在修。. 2）基于深度学习的泊松方程快速求解器。通过合理设计网络结构，实现快速求解泊松方程。数值实验表明，该方法比有限差分方法提速一至两个数量级，精度可实现2位有效数字。相关研究获得2018年国际计算电磁学会议最佳论文提名奖。. 3）基于乘性正则化的电阻抗绝对成像算法。将乘性正则化方法应用于EIT重建，获得了良好的边缘保留特性和抗噪声性能。利用离散外微分理论严格推导了非结构化网格上的梯度和散度算符，并用该算法对人体胸腔进行了绝对重建，取得较好效果。相关研究获得2017年国际电磁研究进展会议的学生论文奖（遥感与反问题组第一名）。. 4）基于监督下降法的反演算法。该方法通过线下学习包含先验信息的训练集计算目标函数的平均下降方向；在线上数据反演中，利用已获得的梯度方向，结合正问题求解，反演模型参数。该方法可以提高反演算法的速度5倍以上，并提高重建模型精度。相关研究获得2019年国际电磁研究进展会议的学生论文奖（遥感与反问题组第一名）。. 通过这项研究，课题组搭建了多物理场反演算法平台，并突破了一些新的算法技术，同时将成果应用到了深地勘探和生物医学领域，加深了对于多物理场反演的认识，学到了很多。在未来研究中，课题组会继续努力，争取在多物理场反演方面做出更好的研究成果。

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