فهرست مطالبفصل 1 مقدمه 11-1 تصویربرداری الکترومغناطیس 21-2 تصویربرداری ماکروویو 31-3 مروری بر پیشینهی تکنیکهای Time-Reversal 51-4 دور نمای پایان نامه 6 فصل 2: تکنیک معکوس زمانی وضوح بالا 82-1 مقدمه 92-2 Time-Reversal 92-3 تئوری Time-Reversal 122-4 معرفی آزمایشگاه عددی برای پیاده سازی Time-Reversal 132-5 مدلهای محیط تصادفی 142-6 تنظیم محاسباتی 162-7 نتایج عددی 162-7-1 اثرات محیط تصادفی گسسته 172-7-2 اثرات محیط آماری مرتبهی اول 192-7-3 اثرات محیط آماری مرتبهی دوم 19 فصل 3: تصویربرداری با تحلیل عملگر وارون زمانی 213-1 مقدمه 223-2 تجزیهی ماتریس عملگر زمانی 253-3 روش DORT 293-3-1 شبیه سازی DORT 30 3-4 روش TR-MUSIC 353-5 نتایج شبیه سازی در محیطهای تصادفی 413-5-1 اثرات محیط آماری مرتبهی اول 413-5-2 اثرات محیط آماری مرتبهی دوم 42 فصل 4: تصویربرداری در حضور مانع 464-1 مقدمه 474-2 بررسی اثر پلاریزاسیون در وضوح تصویر 474-2-1 بررسی مد 48 4-2-2 بررسی مد 494-3 تأثیر دیوار بتن مسلح و پارتیشنبندی در داخل اتاق بر TWI 534-3-1 تأثیر دیوار بتن مسلح 534-3-2 تأثیر دیوار بتن مسلح و پارتیشن بر TWI 554-4 ردیابی اهداف متحرک در پشت دیوار 554-5 نتیجهگیری 594-6 تحقیقات آینده 60مراجع 62 فهرست شکل هاشکل (1-1) هندسهی MWT 4شکل (2-1) مرحلهی forward propagation 11شکل (2-2) مرحلهی backpropagation 11شکل (2-3) شبکهی سه بعدی FDTD در الگریتم Yee 13شکل (2-4) لایههای CPML استفاده شده در FDTD سه بعدی 14شکل (2-5) الف- محیط همگن با (). ب- محیط ناهمگن (). ت- محیط ناهمگن (). ث- محیط ناهمگن () 17شکل (2-6) مشتق اول پالس BH در: الف- حوزهی زمان، ب- حوزهی فرکانس 18شکل (2-7) الف- محیط همگن. ب) محیط با دیوارههای PEC 18شکل (2-8) شکل موج سیگنالهای متمرکز شده در نقطهی منبع برای محیط آماری نوع اول 19شکل (2-9) شکل موج سیگنالهای متمرکز شده در نقطهی منبع برای محیط آماری نوع دوم 20شکل (3-1) عمل DORT 23شکل (3-2) شمایل کلی بدست آوردن و بردار گردشی (در حالت نادیده گرفتن پراکندگی چندگانه بین پراکندکنندگان) 26شکل (3-3) برای پراکنده کنندههای نقطهای و کاملا مجزا، هر مقدار ویژه غیر صفر و بردار ویژه متناظر با آن در عملگر TRO به یک پراکنده کنندهی خاص در محیط مربوط میشود. به عبارتی هر بردار ویژه با بردار گردشی که پراکنده کننده را به آرایه آنتن وصل میکند، متناسب میباشد 30شکل (3-4) الف- مقادیر ویژه بر حسب فرکانس. ب- کلیهی مقادیر ویژه در فرکانس 1GHz 32شکل (3-5) الف- تمرکز بر روی اولین پراکنده کننده. ب- تمرکز بر روی دومین پراکنده کننده. پ- تمرکز بر روی هر دو پراکنده کننده 33شکل (3-6) الف- نگارش تصویر با استفاده از بردار ویژه اول. ب- نگارش تصویر با استفاده از بردار ویژه دوم 34 شکل (3-7) نگارش تصویر یک جسم گسترده با استفاده از عمل DORT 34شکل (3-8) حالتهای کاملا مجزا برای دو پراکنده گر با N=3. الف- کاملاً مجزا: هر بردار ویژه متناسب با یک بردار تابع. ب- غیر مجزا: بردارهای ویژه متناسب با جمع جبری چند بردار تابع گرین در فضای سیگنال میباشد 35شکل (3-9) نحوهی قرار گرفتن پراکنده کنندههای استوانهای در محیط همراه با آنتنهای آرایه وارون زمانی در حالت پراکنده کنندهای کاملاً مجزا 38شکل (3-10) الف- مکانیابی جسم با استفاده از روش TR-MUSIC در فرکانس مرکزی . ب- مکانیابی جسم با استفاده از روش TR-MUSIC برای کلیهی فرکانسها 38شکل (3-11) مکانیابی جسم در روش TR-MUSIC در فرکانس 1GHz. ب- مکانیابی جسم در روش TR-MUSIC در فرکانس 2GHz 39شکل (3-12) مکانیابی جسمها با استفاده از TR-MUSIC برای حالت غیر مجزا بودن پراکنده کنندگان دیگر در مجموع همهی فرکانسها 40شکل (3-13) نگارش تصویر یک جسم گسترده با استفاده از عمل TR-MUSIC 40شکل (3-14) نحوهی قرار گرفتن پراکنده کنندهها در محیط ناهمگن تصادفی با گذر دهی میانگین41شکل (3-15) نگارش تصویر با استفاده از TD-DORT، و برای مقدار ثابت . الف-، ب- ، پ- 42شکل (3-16) نگارش تصویر با استفاده از TD-MUSIC، برای مقدار ثابت الف-، ب- ، پ- 43شکل (3-17) نگارش تصویر با استفاده از TD-MUSIC، برای مقدار ثابت الف-، ب- ، پ- 44شکل (3-18) نگارش تصویر با استفاده از TD-MUSIC، برای مقدار ثابت الف-، ب- ، پ- 45شکل (4-1) هندسه مسأله TWL 48شکل (4-2) تصاویر بدست آمده الف- با روش DORT. ب- یا روش TR-MUSIC 50شکل (4-3) تصاویر بدست آمده با استفاده از روش DORT الف- برای cross-pol، ب- برای co-pol، پ- برای fully-polarimetric 51شکل (4-4) تصاویر استخراج شده با استفاده از تکنیک TR-MUSIC الف- برای cross-pol، ب- برای co-pol، پ- برای fully-polarimetric 52شکل (4-5) مقطع دیوار بتن مسلح 53شکل (4-6) تصاویر بدست آمده با روش TR-MUSIC برای دیوار بتن مسلح با تراکمهای مختلف میله. الف- . ب- . پ- 54شکل (4-7) هندسه مسأله برای تصویربرداری پشت دیوار در حضور پارتیشنهایی در داخل اتاق 55شکل (4-8) تصویر تشکیل شده با TR-MUSIC برای دیوار بتن مسلح با تراکمهای مختلف میله و اتاق پارتیشن بندی شده. الف- . ب- . پ- 56شکل (4-9) هندسهی مسألهی هدف متحرک 57شکل (4-10) تصویر تشکیل شده با MDM تفاضلی با استفاده از TR-MUSIC 581-1 تصویربرداری الکترومغناطیستصویربرداری الکترومغناطیس با استفاده از فرکانس رادیویی (RF)، ماکروویو و یا سیگنالهای نوری، به دلیل ویژگیهای منحصربه فرد خود به عنوان یک ابزار تشخیصی همواره مورد استفاده بوده است. تصویربرداری الکترومغناطیس توجه زیادی را به خود جلب کرده است و بنابراین تحقیقات گستردهای در این زمینه انجام شده است، که علّت آن، تنوع و تناسب این روش تصویربرداری برای کاربردهای وسیع آن میباشد. برای مثال، تصویربرداری ماکروویو (MWI)[1] در تست غیر مخرب (NDE)[2]، برای تشخیص عیب در مواد واندازهگیری کمیتهای فیزیکی به کار گرفته شده است ]1 [. همچنین برای توصیف مواد مانند تعیین اجزای تشکیل دهنده و ارزیابی تخلخل[3] میتواند استفاده شود. در کاربردهای نظامی، توانایی نفوذ امواج الکترومغناطیس در مواد دی الکتریک باعث استفاده از آنها در بازجوییهای نظامی شده است ]2[. در کاربردهای هوا و فضا، برای تشخیص ترک بر روی بدنهی هواپیما استفاده میشود ]3[. در زمینهی اکتشافات جغرافیایی، MWI در تشخیص از راه دور برای شناسایی تونل، بقایای دفن زباله و مینهای زیر زمینی منفجر نشده به کار گرفته میشود ]4 [. در کاربردهای مهندسی عمران و صنعت، MWI برای ارزیابی یکپارچگی ساختار جادهها، ساختمانها و پلها میتواند مفید واقع شود ]5[. در حال حاضر، در زمینهی پزشکی، سیستمهای MWI برای تصویربرداری بیولوژیکی[4] غیر تهاجمی ارائه شده است ]6[.
تشخیص تومورهای سرطانی در بافت های بیولوژیک با استفاده از تصویربرداری ماکروویو word
فهرست مطالبفصل 1 مقدمه 11-1 تصویربرداری الکترومغناطیس 21-2 تصویربرداری ماکروویو 31-3 مروری بر پیشینهی تکنیکهای Time-Reversal 51-4 دور نمای پایان نامه 6 فصل 2: تکنیک معکوس زمانی وضوح بالا 82-1 مقدمه 92-2 Time-Reversal 92-3 تئوری Time-Reversal 122-4 معرفی آزمایشگاه عددی برای پیاده سازی Time-Reversal 132-5 مدلهای محیط تصادفی 142-6 تنظیم محاسباتی 162-7 نتایج عددی 162-7-1 اثرات محیط تصادفی گسسته 172-7-2 اثرات محیط آماری مرتبهی اول 192-7-3 اثرات محیط آماری مرتبهی دوم 19 فصل 3: تصویربرداری با تحلیل عملگر وارون زمانی 213-1 مقدمه 223-2 تجزیهی ماتریس عملگر زمانی 253-3 روش DORT 293-3-1 شبیه سازی DORT 30 3-4 روش TR-MUSIC 353-5 نتایج شبیه سازی در محیطهای تصادفی 413-5-1 اثرات محیط آماری مرتبهی اول 413-5-2 اثرات محیط آماری مرتبهی دوم 42 فصل 4: تصویربرداری در حضور مانع 464-1 مقدمه 474-2 بررسی اثر پلاریزاسیون در وضوح تصویر 474-2-1 بررسی مد 48 4-2-2 بررسی مد 494-3 تأثیر دیوار بتن مسلح و پارتیشنبندی در داخل اتاق بر TWI 534-3-1 تأثیر دیوار بتن مسلح 534-3-2 تأثیر دیوار بتن مسلح و پارتیشن بر TWI 554-4 ردیابی اهداف متحرک در پشت دیوار 554-5 نتیجهگیری 594-6 تحقیقات آینده 60مراجع 62 فهرست شکل هاشکل (1-1) هندسهی MWT 4شکل (2-1) مرحلهی forward propagation 11شکل (2-2) مرحلهی backpropagation 11شکل (2-3) شبکهی سه بعدی FDTD در الگریتم Yee 13شکل (2-4) لایههای CPML استفاده شده در FDTD سه بعدی 14شکل (2-5) الف- محیط همگن با (). ب- محیط ناهمگن (). ت- محیط ناهمگن (). ث- محیط ناهمگن () 17شکل (2-6) مشتق اول پالس BH در: الف- حوزهی زمان، ب- حوزهی فرکانس 18شکل (2-7) الف- محیط همگن. ب) محیط با دیوارههای PEC 18شکل (2-8) شکل موج سیگنالهای متمرکز شده در نقطهی منبع برای محیط آماری نوع اول 19شکل (2-9) شکل موج سیگنالهای متمرکز شده در نقطهی منبع برای محیط آماری نوع دوم 20شکل (3-1) عمل DORT 23شکل (3-2) شمایل کلی بدست آوردن و بردار گردشی (در حالت نادیده گرفتن پراکندگی چندگانه بین پراکندکنندگان) 26شکل (3-3) برای پراکنده کنندههای نقطهای و کاملا مجزا، هر مقدار ویژه غیر صفر و بردار ویژه متناظر با آن در عملگر TRO به یک پراکنده کنندهی خاص در محیط مربوط میشود. به عبارتی هر بردار ویژه با بردار گردشی که پراکنده کننده را به آرایه آنتن وصل میکند، متناسب میباشد 30شکل (3-4) الف- مقادیر ویژه بر حسب فرکانس. ب- کلیهی مقادیر ویژه در فرکانس 1GHz 32شکل (3-5) الف- تمرکز بر روی اولین پراکنده کننده. ب- تمرکز بر روی دومین پراکنده کننده. پ- تمرکز بر روی هر دو پراکنده کننده 33شکل (3-6) الف- نگارش تصویر با استفاده از بردار ویژه اول. ب- نگارش تصویر با استفاده از بردار ویژه دوم 34 شکل (3-7) نگارش تصویر یک جسم گسترده با استفاده از عمل DORT 34شکل (3-8) حالتهای کاملا مجزا برای دو پراکنده گر با N=3. الف- کاملاً مجزا: هر بردار ویژه متناسب با یک بردار تابع. ب- غیر مجزا: بردارهای ویژه متناسب با جمع جبری چند بردار تابع گرین در فضای سیگنال میباشد 35شکل (3-9) نحوهی قرار گرفتن پراکنده کنندههای استوانهای در محیط همراه با آنتنهای آرایه وارون زمانی در حالت پراکنده کنندهای کاملاً مجزا 38شکل (3-10) الف- مکانیابی جسم با استفاده از روش TR-MUSIC در فرکانس مرکزی . ب- مکانیابی جسم با استفاده از روش TR-MUSIC برای کلیهی فرکانسها 38شکل (3-11) مکانیابی جسم در روش TR-MUSIC در فرکانس 1GHz. ب- مکانیابی جسم در روش TR-MUSIC در فرکانس 2GHz 39شکل (3-12) مکانیابی جسمها با استفاده از TR-MUSIC برای حالت غیر مجزا بودن پراکنده کنندگان دیگر در مجموع همهی فرکانسها 40شکل (3-13) نگارش تصویر یک جسم گسترده با استفاده از عمل TR-MUSIC 40شکل (3-14) نحوهی قرار گرفتن پراکنده کنندهها در محیط ناهمگن تصادفی با گذر دهی میانگین41شکل (3-15) نگارش تصویر با استفاده از TD-DORT، و برای مقدار ثابت . الف-، ب- ، پ- 42شکل (3-16) نگارش تصویر با استفاده از TD-MUSIC، برای مقدار ثابت الف-، ب- ، پ- 43شکل (3-17) نگارش تصویر با استفاده از TD-MUSIC، برای مقدار ثابت الف-، ب- ، پ- 44شکل (3-18) نگارش تصویر با استفاده از TD-MUSIC، برای مقدار ثابت الف-، ب- ، پ- 45شکل (4-1) هندسه مسأله TWL 48شکل (4-2) تصاویر بدست آمده الف- با روش DORT. ب- یا روش TR-MUSIC 50شکل (4-3) تصاویر بدست آمده با استفاده از روش DORT الف- برای cross-pol، ب- برای co-pol، پ- برای fully-polarimetric 51شکل (4-4) تصاویر استخراج شده با استفاده از تکنیک TR-MUSIC الف- برای cross-pol، ب- برای co-pol، پ- برای fully-polarimetric 52شکل (4-5) مقطع دیوار بتن مسلح 53شکل (4-6) تصاویر بدست آمده با روش TR-MUSIC برای دیوار بتن مسلح با تراکمهای مختلف میله. الف- . ب- . پ- 54شکل (4-7) هندسه مسأله برای تصویربرداری پشت دیوار در حضور پارتیشنهایی در داخل اتاق 55شکل (4-8) تصویر تشکیل شده با TR-MUSIC برای دیوار بتن مسلح با تراکمهای مختلف میله و اتاق پارتیشن بندی شده. الف- . ب- . پ- 56شکل (4-9) هندسهی مسألهی هدف متحرک 57شکل (4-10) تصویر تشکیل شده با MDM تفاضلی با استفاده از TR-MUSIC 581-1 تصویربرداری الکترومغناطیستصویربرداری الکترومغناطیس با استفاده از فرکانس رادیویی (RF)، ماکروویو و یا سیگنالهای نوری، به دلیل ویژگیهای منحصربه فرد خود به عنوان یک ابزار تشخیصی همواره مورد استفاده بوده است. تصویربرداری الکترومغناطیس توجه زیادی را به خود جلب کرده است و بنابراین تحقیقات گستردهای در این زمینه انجام شده است، که علّت آن، تنوع و تناسب این روش تصویربرداری برای کاربردهای وسیع آن میباشد. برای مثال، تصویربرداری ماکروویو (MWI)[1] در تست غیر مخرب (NDE)[2]، برای تشخیص عیب در مواد واندازهگیری کمیتهای فیزیکی به کار گرفته شده است ]1 [. همچنین برای توصیف مواد مانند تعیین اجزای تشکیل دهنده و ارزیابی تخلخل[3] میتواند استفاده شود. در کاربردهای نظامی، توانایی نفوذ امواج الکترومغناطیس در مواد دی الکتریک باعث استفاده از آنها در بازجوییهای نظامی شده است ]2[. در کاربردهای هوا و فضا، برای تشخیص ترک بر روی بدنهی هواپیما استفاده میشود ]3[. در زمینهی اکتشافات جغرافیایی، MWI در تشخیص از راه دور برای شناسایی تونل، بقایای دفن زباله و مینهای زیر زمینی منفجر نشده به کار گرفته میشود ]4 [. در کاربردهای مهندسی عمران و صنعت، MWI برای ارزیابی یکپارچگی ساختار جادهها، ساختمانها و پلها میتواند مفید واقع شود ]5[. در حال حاضر، در زمینهی پزشکی، سیستمهای MWI برای تصویربرداری بیولوژیکی[4] غیر تهاجمی ارائه شده است ]6[.