[发明专利]一种基于LDMM的磁共振地下水探测随机噪声抑制方法

说明书

本发明涉及一种基于LDMM的磁共振地下水探测随机噪声抑制方法，对磁共振观测信号作短时傅里叶变换得到含噪信号的时频分析图像，构造与该图像大小相同的初始干净磁共振信号时频图像，将该图像分成小块，集合成块集，将该块集用高维空间中的低维流形上的点表示，之后以该低维流形的维数作为优化方程的约束条件，分别更新流形及图像数据，直至优化方程收敛，得到消噪后信号的时频分析图，最后经过短时傅里叶逆变换，得到干净的磁共振信号。该方法提出信号处理转换成图像处理的新方法，并引入流形学习，可以使消噪过程更直观，引入的流形维数作为约束条件，在图像处理时更好的保留图像纹理细节，使消噪效果更好。

技术领域

本发明属于核磁共振测深(Magnetic Resonance Sounding，MRS)信号噪声抑制方法领域，尤其是基于LDMM(低维流形模型，Low-Dimensional Manifold Model，LDMM)的地法的磁共振地下水探测随机噪声抑制方法。

背景技术

利用磁共振的方法探测地下水开创了应用地球物理方法直接探测地下水的先河，主要应用于寻找地下淡水、进行区域性水文地质调查、地下水污染监控、滑坡等地质灾害监测、考古、对地下水开阀门利用进行监测与管理。

然而，磁共振探测地下水技术仍存在不可忽视的问题，探测深度有限、抗干扰能力弱，由于核磁共振找水仪接收到的MRS信号是纳伏级别，易受各种环境噪声干扰，难以去除，会影响后期反演解释结果的准确性，因此有效消除噪声干扰对磁共振地下水探测技术十分有意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对环境噪声干扰下地下水磁共振信号提取的局限性，提供一种基于LDMM的磁共振地下水探测随机噪声抑制方法。该方法将地下水磁共振探测信号数据变换到高维空间中的低维流形，并将该流形维数作为正则化约束条件，从低维流形中恢复干净的磁共振信号。

本发明是这样实现的，

一种基于LDMM的磁共振地下水探测随机噪声抑制方法，该方法包括以下步骤：

a、已知磁共振探测含噪信号y＝x+ε，其中，y为磁共振探测含噪信号，x为干净磁共振信号，ε为环境噪声干扰，为从含噪信号y中恢复干净信号x，先利用短时傅里叶变换STFT将核磁共振地下水探测仪采集的地面磁共振观测信号y，转换成含噪信号时频分析图像Y∈R^m×k，图像像素为m*k，图像上的任意像素点(i₁,i₂)，其中1≤i₁≤m,1≤i₂≤k；

b、初始化干净信号时频分析图像X∈R^m×k，大小与步骤a中Y相同，各像素点值为零，将所有像素点分成s₁×s₂，u维的小块，其中u＝s₁s₂，集合为块集，表示为P(X)，块集用v维块流形M(X)上的点表示，vu；

c、从含噪信号时频分析图像Y中恢复干净信号的时频分析图像X，将块流形M(X)的维数dim(M(X))＝v维，作为正则化条件，恢复干净信号的时频分析图像；

d、对处理后得到的干净信号的时频分析图像做短时傅立叶逆变换ISTFT，得到干净的磁共振信号。

进一步地，所述步骤a中的短时傅立叶逆变换STFT的具体步骤为：

a1)，确定待处理的长度为L的原信号，即磁共振观测信号y、短时傅里叶变换所需窗函数W、窗口长度L_W、窗平移步长S；

a2)，在窗口长度L_W内对y作傅里叶变换，并按照步长S平移窗，对窗长内信号再次作傅里叶变换，直到整个信号长度L完成后结束，得到原信号的时频分析图像数据：

进一步地，所述步骤c中的LDMM的具体步骤为：