[發明專利]基于GPU的二維地震圖像的快速縮放方法

有效

• 申請號: 201210312729.3
• 申請日: 2012-08-29
• 公開（公告）號: CN102831577A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 姚興苗;吳凡賢;胡光岷
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G06T3/40
• 分類號: G06T3/40;G06T1/00
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

技術領域

本發明涉及一種基于GPU的二維地震圖像的快速縮放方法。

背景技術

圖像信息是人類傳遞視覺信息的主要媒介，圖像給人們直觀而具體的物體形象，這是聲音、語言和文字所不能比擬的。在地質勘探中，通過地質解釋軟件得到的大量二維圖像如二維地震剖面圖等信息，為勘探工作提供了諸多便利，二維地震圖像信息準確性的高低，決定了地質解釋軟件的作用效果。

在地質勘探領域，因為其處理的二維地震剖面道數經常是幾萬道的數量級，數據量非常之大，具有海量性，并且圖像操作交互的實時性，大規模數據圖形圖像實時繪制在這一領域就顯得尤其重要。在對圖像的處理和交互操作中，圖像的放大和縮小作為一種基本的圖像處理技術，在大規模數據圖像的實時繪制中，作為一種常見的操作，在實際應用中具有重要的作用。

圖像放縮所用數學模型的優劣，通常會直接影響用戶觀看圖像的質量和速度。在地質解釋軟件中，由于地震數據的海量性和交互的實時性，就要求對地質圖像既有高質量的縮放也要有快速顯示的效果。

因此，要做到二維地震圖像的快速縮放，需要三個關鍵步驟：第一，把海量數據分塊成合適大小的小塊數據進行處理。第二，選擇一個算法，確保地震剖面圖像能有高質量的縮放效果。第三，這個算法時間復雜度小，能使二維地震圖像數據經分塊后形成的合適大小的小塊數據能實時處理。

地震剖面數據的一個最大的特點是數據量大，通常的情況下都有一兩百兆，而且經常會有幾個G的數據。面對如此龐大的數據，要進行快速縮放是非常困難的。這對計算機硬件和應用軟件都提出了非常高的要求。對于海量地震圖像數據處理來說，最大的問題是圖像數據經常會比計算機的內存大。地震剖面數據還有一個很明顯的特點就是：它是一道一道的數據，可以按道存取。所以，對海量的地震剖面數據，可以先按要顯示的道獲取顯示起始道和顯示終止道的數據，這個數據一般會有100M左右，為中等合適大小的數據。海量數據分塊好之后，對于合適大小的數據塊，就需要選擇一個能有高質量縮放效果的算法。

數字圖像是離散化的點陣數據。要對數字圖像進行縮放，就必須利用已知的資料和先驗知識對未知采樣點進行估計。數字圖像的縮放通常借助圖像插值來實現。插值算法的好壞將直接關系到圖像的失真程度。

理論上，圖像縮放可以看作一個二元函數重構與重采樣的問題。若圖像上像素(i,j)處的顏色值為f_ij，圖像大小為M×N，現要將圖像縮放至P×Q，則圖像縮放可以描述如下：假設f(x,y)是定義在二維區域上的一個函數，首先根據像素點處的離散顏色值{f_ij}(i=0,1，..．M-1;j=0,1，...N-1)重構函數f(x,y)，使得f(i,j)＝f_ij，其中(x,y)∈[0,M-1]×[0,N-1]；如果源圖像為灰度圖，那么f(x,y)為標量函數；如果源圖像為彩色圖像，那么f(x,y)為矢量函數；然后在[0,P-1]×[0,Q-1]上按照適當的規則對f(x,y)進行重采樣，結果即為縮放后的目標圖像。當P<M且Q<N時，為圖像縮小；當P>M且Q>N時為圖像放大。

作為圖像處理中的基本操作,對圖像縮放已有較多的研究,其中最主要的是基于插值核函數的方法。這類插值算法屬于傳統的線性插值算法,并與傳統的圖像縮放理論中“采用一個連續函數來描述離散圖像”的理論相吻合。

設(x,y)為目標圖像T中的當前處理像素,該類方法的一般步驟是:首先將(x,y)向前映射到源圖像S中的(i+u,j+v),其中(0≤u≤1,0≤v≤1),然后采用像素(i,j）周圍一定領域范圍內的像素作為采樣點,根據某種線性插值方法來得到所求像素(x,y),可用公式表示為: