ViSSR：融合视觉LSTM与状态空间模块的保拓扑超分辨率方法及其在数字岩石物理中的应用

《Applied Sciences》：Fuel Flexibility of an Existing Natural-Gas Burner for NH3/H2/NG Co-Combustion: Flame Stability, Flame Characteristics, and NOx Emissions

　　

摘要

数字岩石物理（DRP）需要高保真的孔隙尺度成像，但显微计算机断层扫描（μ-CT）在空间分辨率与视场之间难以兼顾，且标准超分辨率（SR）方法往往无法保持控制流体传输的孔隙拓扑结构。我们提出了视觉LSTM与状态空间超分辨率（ViSSR），这是一种物理信息驱动的混合残差超分辨网络，将用于局部各向异性纹理建模的视觉LSTM（ViL）与基于Mamba的二维选择性状态空间模块（SS2D）耦合，后者可实现线性复杂度的全局上下文感知；同时，在显式的部分体积效应与点扩散函数退化模型下，通过尺度条件残差恢复高频结构。由于重建误差会传递至渗透率与流动分析，我们同时报告了像素级指标PSNR、SSIM和LPIPS，以及拓扑感知评分，包括孔隙尺寸分布的地球移动距离（PSD-EMD，即一维Wasserstein-1距离）、孔隙率、连通性、贯穿性和分形维度。在DeepRock-SR数据集上，ViSSR在×4倍放大因子下取得了32.08 dB的PSNR、0.746的SSIM和0.04的PSD-EMD，并且在砂岩、碳酸盐和煤炭上均能保持孔隙拓扑结构，而基于感知的基线方法则会出现幻觉或过度平滑。此外，对MRCCM项目DRP-362中独立获取的双分辨率碳酸岩进行零样本切片堆叠重建，在扫描仪实际退化条件下，相比双三次上采样进一步取得了体积传输性能的提升。