Abstract Tomography is an important technique for ionosphere investigation. For a voxel-based tomography method, the way the voxel model is constructed is crucial and may affect the quality of the reconstructed image. However, previous research has paid less attention to voxel model construction and how this may improve or reduce the quality of the produced tomography image. To mitigate this issue, a new method is proposed named Image Reconstruction based on Hybrid Grids (IRHG). In IRHG, two hybrid grid models, each with a top and a bottom component (separated by a splitting height) that have different voxel resolution configurations, are adopted for tomographic inversions. Thereafter, the advantageous components of the two reconstructed images are combined to produce a new image (i.e., the image for IRHG). Initial testing showed that a slight improvement was achieved when compared to a uniformly spaced voxel model. This was further enhanced by changing the splitting height to 400 km and the use of different vertical and horizontal voxel resolutions. Finally, an improvement in root mean square error (RMSE) and mean absolute error (MAE) of 28.24% and 23.24% (for quiet ionosphere days), and 5.96% and 9.01% (for disturbed days) respectively, were achieved. The IRHG method is supposed to be independent of the inversion algorithm, e.g., the improved algebraic reconstruction technique (IART) used in this paper, and promises to hold benefits for other algorithms, which may together improve the reconstructed tomographic image.

中文翻译：

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基于混合网格的图像重建提高断层图像质量

摘要 断层扫描是电离层研究的一项重要技术。对于基于体素的断层扫描方法，体素模型的构建方式至关重要，可能会影响重建图像的质量。然而，之前的研究很少关注体素模型的构建以及这如何改善或降低生成的断层扫描图像的质量。为了缓解这个问题，提出了一种名为基于混合网格的图像重建（IRHG）的新方法。在 IRHG 中，采用两个混合网格模型进行断层摄影反演，每个模型都有一个顶部和一个底部组件（由分裂高度分隔），具有不同的体素分辨率配置。此后，两个重建图像的有利分量被组合以产生新图像（即用于IRHG的图像）。初步测试表明，与均匀间隔的体素模型相比，实现了轻微的改进。通过将分裂高度更改为 400 公里并使用不同的垂直和水平体素分辨率，进一步增强了这一点。最后，均方根误差 (RMSE) 和平均绝对误差 (MAE) 分别提高了 28.24% 和 23.24%（对于电离层安静的日子）以及 5.96% 和 9.01%（对于干扰的日子）。IRHG 方法应该独立于反演算法，例如本文中使用的改进代数重建技术（IART），并有望为其他算法带来好处，这些算法可以共同改进重建的断层图像。通过将分裂高度更改为 400 公里并使用不同的垂直和水平体素分辨率，进一步增强了这一点。最后，均方根误差 (RMSE) 和平均绝对误差 (MAE) 分别提高了 28.24% 和 23.24%（对于电离层安静的日子）以及 5.96% 和 9.01%（对于干扰的日子）。IRHG 方法应该独立于反演算法，例如本文中使用的改进代数重建技术（IART），并有望为其他算法带来好处，这些算法可以共同改进重建的断层图像。通过将分裂高度更改为 400 公里并使用不同的垂直和水平体素分辨率，进一步增强了这一点。最后，均方根误差 (RMSE) 和平均绝对误差 (MAE) 分别提高了 28.24% 和 23.24%（对于电离层安静的日子）以及 5.96% 和 9.01%（对于干扰的日子）。IRHG 方法应该独立于反演算法，例如本文中使用的改进代数重建技术（IART），并有望为其他算法带来好处，这些算法可以共同改进重建的断层图像。分别达到了 01%（对于受干扰的日子）。IRHG 方法应该独立于反演算法，例如本文中使用的改进代数重建技术（IART），并有望为其他算法带来好处，这些算法可以共同改进重建的断层图像。分别达到了 01%（对于受干扰的日子）。IRHG 方法应该独立于反演算法，例如本文中使用的改进代数重建技术（IART），并有望为其他算法带来好处，这些算法可以共同改进重建的断层图像。