一種三維巖心圖像孔隙和喉道的分割方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種圖像分割技術(shù)，尤其涉及一種三維巖心圖像的孔隙和喉道的分割 方法，屬于圖像分割技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 儲(chǔ)集層通常是指能夠儲(chǔ)集流體，并且能對(duì)流體進(jìn)行滲濾的巖層。儲(chǔ)集層內(nèi)部的微 觀孔隙結(jié)構(gòu)直接影響儲(chǔ)集層儲(chǔ)存油氣的能力和滲流特性，這種微觀孔隙結(jié)構(gòu)并最終影響石 油、天然氣等的儲(chǔ)集含量。所謂的孔隙結(jié)構(gòu)是指巖心中孔隙和喉道（簡(jiǎn)稱孔喉）的幾何特 征、分布情況以及它們之間的相互連通性；其中孔隙是指巖石中未被填充的空間，它反映了 巖石的儲(chǔ)存油氣的能力。而喉道就是連接巖石相鄰孔隙之間的狹長(zhǎng)部位。而喉道的形態(tài)、 大小又反映了孔隙的滲流特性。研宄巖心中孔隙和喉道的特性是預(yù)測(cè)油氣形成、分布規(guī)律 與提高油氣采收率的主要方法。而將孔隙和喉道分割出來(lái)，則是研宄巖心中孔隙和喉道的 幾何特征、分布情況等特性的前提。
[0003]由于孔隙的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳統(tǒng)的對(duì)三維巖心圖像孔喉分割方法存在較大誤差。比如 現(xiàn)有的分水嶺算法存在過(guò)分割現(xiàn)象；最大最小球算法不能準(zhǔn)確地確定喉道的位置且不能準(zhǔn) 確地反映狹長(zhǎng)的孔隙的真實(shí)半徑；而基于骨架段的算法存在欠分割現(xiàn)象。近年來(lái)，研宄人員 在不斷地研宄與探索對(duì)三維巖心圖像孔喉分割問(wèn)題，但目前的研宄情況還沒(méi)有提出一種可 以對(duì)三維巖心圖像進(jìn)行高效而準(zhǔn)確的分割方法?；诖耍Ｍ軌蛴幸环N高效的、準(zhǔn)確的對(duì) 三維巖心圖像孔隙和喉道的分割方法，這正是本發(fā)明的任務(wù)所在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的正是在于克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷和不足，提供一種三維巖心 圖像孔隙和喉道的分割方法，該分割方法是先構(gòu)建三維巖心模型，做連通標(biāo)記，對(duì)每個(gè)連通 區(qū)域做三維距離變換等步驟，最后找到孔隙的種子點(diǎn)，該種子點(diǎn)可以理解為孔隙的中心位 置，根據(jù)孔隙種子點(diǎn)區(qū)域生長(zhǎng)的生長(zhǎng)規(guī)則進(jìn)行區(qū)域生長(zhǎng)，從而劃分出各個(gè)孔隙；孔隙之間相 互接觸的位置即喉道。本發(fā)明的方法能夠減少傳統(tǒng)分割方法的一些誤差大以及過(guò)分割和欠 分割等現(xiàn)象，使三維巖心圖像孔喉分割結(jié)果更加準(zhǔn)確有效。
[0005]本發(fā)明提供的一種三維巖心圖像孔隙和喉道的分割方法，包括以下操作步驟：
[0006] 步驟1 :準(zhǔn)備一組待分割的巖心二值序列圖，由此構(gòu)建三維巖心模型，對(duì)三維巖心 模型做連通標(biāo)記；對(duì)連通標(biāo)記的每個(gè)連通區(qū)域Ai按以下步驟2到步驟5進(jìn)行操作，其中i= 1、2、3……n，n為連通區(qū)域的個(gè)數(shù)；
[0007] 步驟2:對(duì)步驟1中每個(gè)連通區(qū)域Ai做三維距離變換；
[0008] 步驟3 :對(duì)步驟2做三維距離變換后的結(jié)果求梯度模值；
[0009] 步驟4:根據(jù)步驟2得到的三維距離變換值和步驟3所得梯度模值尋找關(guān)鍵點(diǎn)；
[0010] 步驟5 :根據(jù)步驟4找到的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行骨架生成；
[0011] 步驟6 :將步驟5生成的每個(gè)連通區(qū)域Ai的骨架相加得到整個(gè)三維巖心模型的骨 架C;
[0012] 步驟7 :對(duì)步驟6相加得到的骨架C中所有點(diǎn)進(jìn)行孔徑切面面積計(jì)算；
[0013] 步驟8:根據(jù)步驟7計(jì)算的孔徑切面面積進(jìn)行孔隙種子點(diǎn)尋找；
[0014] 步驟9 :以步驟8找到的孔隙種子點(diǎn)根據(jù)孔隙種子點(diǎn)區(qū)域生長(zhǎng)的生長(zhǎng)規(guī)則進(jìn)行區(qū) 域生長(zhǎng)，從而劃分出三維巖心模型的每個(gè)孔隙，孔隙之間相互接觸的位置即為喉道；即完 成三維巖心模型孔隙和喉道的分割。
[0015] 上述技術(shù)方案中，步驟3中所述對(duì)三維距離變換的結(jié)果求梯度模值，采用下述方 法計(jì)算：
[0016] 對(duì)三維巖心模型X，y,z三個(gè)方向采用SOBEL算子分別算出dx,dy,dz三個(gè)分量， SOBEL算子見(jiàn)電子工業(yè)出版社出版的RafaelC.Gonzalez等著，阮秋琦等譯的《數(shù)字圖像處 理》第三版；
[0017]設(shè)當(dāng)前點(diǎn)為p(x,y,z)，當(dāng)前點(diǎn)的距離值為d(x,y,z);其三個(gè)分量分別表示如下：
[0018]dx= 2Xd(x-1,y,z)+d(x~l,y-1,z)+d(x~l,y+1,z) -2Xd(x+1,y,z)
[0019] -d(x+l,y-1,z)-d(x+l,y+1,z) (I)
[0020] dy= 2Xd(x,y-1,z)+d(x~l,y-1,z)+d(x+1,y-1,z) -2Xd(x,y+1,z)
[0021] -d(x-l,y+1,z)-d(x+l,y+1,z) (2)
[0022] dz= 2Xd(x,y,z~l)+d(x,y-1,z~l)+d(x,y+1,z~l) -2Xd(x,y,z+1)
[0023] -d(x,y-1,z+l)-d(x,y+1,z+1) (3)
[0024] 所求梯度模值由以下公式（4)得到，
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種三維巖心圖像孔隙和喉道的分割方法，其特征在于包括以下步驟： 步驟1:準(zhǔn)備一組待分割的巖心二值序列圖，由此構(gòu)建三維巖心模型，對(duì)三維巖心模型 做連通標(biāo)記，對(duì)連通標(biāo)記的每個(gè)連通區(qū)域Ai按下面步驟2到步驟5進(jìn)行操作；其中，i= 1、 2、3……n，n為連通區(qū)域的個(gè)數(shù)； 步驟2 :對(duì)步驟1中每個(gè)連通區(qū)域Ai做三維距離變換； 步驟3 :對(duì)步驟2做三維距離變換后的結(jié)果求梯度模值； 步驟4 :根據(jù)步驟2得到的三維距離變換值和步驟3所得梯度模值尋找關(guān)鍵點(diǎn)； 步驟5 :根據(jù)步驟4找到的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行骨架生成； 步驟6 :將步驟5生成的骨架相加得到整個(gè)三維巖心模型的骨架C; 步驟7 :對(duì)步驟6得到的骨架C中所有點(diǎn)進(jìn)行孔徑切面面積計(jì)算； 步驟8 :根據(jù)步驟7計(jì)算的孔徑切面面積進(jìn)行孔隙種子點(diǎn)尋找； 步驟9 :以步驟8找到的孔隙種子點(diǎn)根據(jù)孔隙種子點(diǎn)區(qū)域生長(zhǎng)的生長(zhǎng)規(guī)則進(jìn)行區(qū)域生 長(zhǎng)，從而劃分出三維巖心模型的每個(gè)孔隙及喉道；即完成三維巖心模型孔隙和喉道的分割。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟7中所述對(duì)得到的骨架C中所有點(diǎn)計(jì) 算孔徑切面面積，所述孔徑切面面積為骨架C中的骨架點(diǎn)的孔徑切面與孔隙的相交面積， 采用下述方法計(jì)算： (1) 對(duì)骨架C上每一個(gè)骨架點(diǎn)，以當(dāng)前點(diǎn)在骨架上的切線方向作為孔徑切面的法向，在 已知法線和平面上一點(diǎn)的情況下，求出孔徑切面方程； (2) 計(jì)算骨架C中每個(gè)骨架點(diǎn)的孔徑切面面積。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述求孔徑切面方程，采用法線求法： 已知骨架點(diǎn)上當(dāng)前點(diǎn)為P(X。，yQ,zQ)，前一點(diǎn)為pi(X1,Y1,Z1)，后一點(diǎn)為p2 (x2,y2,z2)，則法向 為： N(A,B,C) =normalize(p2-pl) (5) (5) 式中normalize為歸一化算子；則孔徑切面方程為： Ax+By+Cz+D= 0 (6) (6) 式中A、B、C為所求得的法向量的三個(gè)分量，D= -AXX(|-BXyQ-CXZ(l。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述計(jì)算骨架C中每個(gè)點(diǎn)的孔徑切面 面積步驟如下： ① 以當(dāng)前骨架點(diǎn)P(?y〇,Ztl)為種子點(diǎn)做區(qū)域生長(zhǎng)； i、 將當(dāng)前骨架點(diǎn)PUtl,y(l，。加入該骨架點(diǎn)的已生長(zhǎng)點(diǎn)集合； ii、 遍歷上一次生長(zhǎng)的所有點(diǎn)的所有26鄰域點(diǎn)，若滿足：(a)鄰域點(diǎn)為孔隙點(diǎn)，S卩非巖 石點(diǎn)（b)鄰域點(diǎn)到孔徑切面的距離小于1.0,則鄰域點(diǎn)可以生長(zhǎng)，此時(shí)將鄰域點(diǎn)劃入該骨架 點(diǎn)的已生長(zhǎng)點(diǎn)集合；否則放棄鄰域點(diǎn)；第一次生長(zhǎng)時(shí)，所述"上一次生長(zhǎng)的所有點(diǎn)的所有26 鄰域點(diǎn)"即為當(dāng)前骨架點(diǎn)P(X〇,y〇,Ztl)的26鄰域點(diǎn)； iii、 重復(fù)步驟ii，直到該骨架點(diǎn)的所有已生長(zhǎng)點(diǎn)的26鄰域點(diǎn)都不滿足步驟ii中的（a) 和（b)條件時(shí)，該骨架點(diǎn)的區(qū)域生長(zhǎng)結(jié)束； ② 區(qū)域生長(zhǎng)結(jié)束后，統(tǒng)計(jì)已生長(zhǎng)點(diǎn)數(shù)目，作為當(dāng)前骨架點(diǎn)P(?Ztl)的孔徑切面面積 Si;按相同的計(jì)算方法得到骨架C中所有點(diǎn)的孔徑切面面積，其中i= 1、2、3……M，M為骨 架C上點(diǎn)的個(gè)數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟8中所述孔隙種子點(diǎn)尋找，使用下述方 法： (1) 統(tǒng)計(jì)骨架C中所有骨架點(diǎn)的孔徑切面面積，計(jì)算出平均等效圓半徑R; (2) 遍歷骨架C中所有骨架點(diǎn)，直到遍歷完所有骨架點(diǎn)為止，即找到所有孔隙種子點(diǎn)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的方法，其特征在于步驟9中所述對(duì)孔隙種子點(diǎn)進(jìn)行區(qū)域 生長(zhǎng)，使用下述方法： (1) 一個(gè)孔隙種子點(diǎn)作為一個(gè)區(qū)域&的最初點(diǎn)，將孔隙種子點(diǎn)加入?yún)^(qū)域Bi的已生長(zhǎng)點(diǎn) 集合，其中i= 1、2、3……L，L為孔隙種子點(diǎn)的個(gè)數(shù)；所述區(qū)域&為區(qū)域Ai的子集，即每個(gè) 區(qū)域化可能找出一個(gè)或者多個(gè)孔隙種子點(diǎn)； (2) 對(duì)每個(gè)區(qū)域&上一次生長(zhǎng)的點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)平均三維距離變換值、最初的平均距離變換值 即為各孔隙種子點(diǎn)的距離值； (3) 以每個(gè)生長(zhǎng)區(qū)域&的平均三維距離變換值作為排序依據(jù)，從大到小排序； (4) 按照步驟（3)中排序結(jié)果進(jìn)行區(qū)域生長(zhǎng)速度分級(jí)； (5) 按次序D取一個(gè)區(qū)域Bi,根據(jù)區(qū)域生長(zhǎng)速度級(jí)別進(jìn)行區(qū)域生長(zhǎng)，次序D為任意，但 以后都按此次序D生長(zhǎng)，即各個(gè)區(qū)域依次序分別生長(zhǎng)完第一次后，第一個(gè)區(qū)域才會(huì)開(kāi)始第 二次生長(zhǎng)； (6) -個(gè)區(qū)域&生長(zhǎng)完成后，判斷是否所有孔隙種子點(diǎn)都已被劃分到各個(gè)區(qū)域，如果所 有孔隙種子點(diǎn)都已被劃分到各個(gè)區(qū)域，則分割結(jié)束；否則，判斷此區(qū)域是否是次序D的最后 一個(gè)，如果是則進(jìn)行步驟（2);否則，進(jìn)行步驟（5)。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種三維巖心圖像孔隙和喉道的分割方法，屬于圖像分割技術(shù)領(lǐng)域。該方法是先對(duì)三維巖心模型做連通標(biāo)記；再對(duì)每個(gè)連通區(qū)域做三維距離變換；將變換后結(jié)果求梯度模值；然后尋找關(guān)鍵點(diǎn)；對(duì)找到的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行骨架生成；再將每個(gè)連通區(qū)域生成的骨架相加得整個(gè)三維巖心模型骨架C；求骨架C中各個(gè)骨架點(diǎn)的孔徑切面面積；再尋找孔隙種子點(diǎn)；對(duì)孔隙種子點(diǎn)進(jìn)行區(qū)域生長(zhǎng)，從而劃分出三維巖心模型的各個(gè)孔隙，孔隙之間相互接觸位置即為喉道；這樣便完成三維巖心模型孔隙和喉道的分割。本發(fā)明的方法能減少傳統(tǒng)分割方法的一些誤差大以及過(guò)分割和欠分割等現(xiàn)象，使三維巖心圖像孔喉分割結(jié)果更加準(zhǔn)確有效。
【IPC分類】G06T7-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104794709
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510170889
【發(fā)明人】滕奇志, 龔小明, 何小海, 袁浩, 吳曉紅, 王正勇, 吳小強(qiáng)
【申請(qǐng)人】四川大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年4月10日