A minimum curvature algorithm for tomographic reconstruction of atmospheric chemicals based on optical remote sensing
Notice bibliographique
Résumé
Abstract. Optical remote sensing (ORS) combined with computerized tomography (CT) technique is a powerful tool to retrieve a two-dimensional concentration map over the area under investigation. But unlike the medical CT, the beam number used in ORS-CT is usually dozens comparing to up to hundreds of thousands in the former, which severely limits the spatial resolution and the quality of the reconstructed map. This situation makes the “smoothness” a priori information especially necessary for ORS-CT. Algorithms which produce smooth reconstructions include smooth basis function minimization (SBFM), grid translation and multiple grid (GT-MG), and low third derivative (LTD), among which the LTD algorithm is a promising one with fast speed and simple realization. But its characteristics and the theory basis are not clear. Moreover, the computation efficiency and the reconstruction quality need to be improved for practical applications. This paper employs two theories, i.e., Tikhonov regularization and spatial interpolation, to produce a smooth reconstruction by ORS-CT. Within the two theories’ frameworks, new algorithms can be explored in order to improve the performance. For example, we propose a new minimum curvature (MC) algorithm based on the variational approach in the theory of the spatial interpolation, which reduces the number of linear equations by half comparing to that in the LTD algorithm using the biharmonic equation instead of the smoothness seminorm. We compared our MC algorithm with the non-negative least square (NNLS), GT-MG, and LTD algorithms using multiple test maps. The MC and the LTD algorithms have similar performance on the reconstruction quality. But the MC algorithm needs only about 65 % computation time of the LTD algorithm. It is much simpler in realization than the GT-MG algorithm by using high-resolution grids directly during the reconstruction process to generate a high-resolution map immediately after one reconstruction process is done. Comparing to the traditional NNLS algorithm, it shows better performance in three aspects: (1) the nearness of reconstructed maps is improved by more than 50 %; (2) the peak location accuracy is improved by 1–2 m; and (3) the exposure error is improved by more than 10 times. The testing results show the effectiveness of the new algorithm based on the spatial interpolation theory. Similarly, other algorithms may also be formulated to address problems such as the over-smooth issue in order to further improve the reconstruction equality. The studies will promote the practical application of the ORS-CT mapping of atmospheric chemicals.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».