[發明專利]一種基于超維的灰度巖心三維重建方法

有效

• 申請號: 201810475373.2
• 申請日: 2018-05-17
• 公開（公告）號: CN108648256B
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 滕奇志;張廷蓉;孫本耀;何小海;王正勇;吳曉紅
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G06T15/00
• 分類號: G06T15/00;G06T7/12;G06K9/62
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于超維的灰度巖心三維重建方法。包括以下步驟：提出灰度超維重建的字典訓練算法，利用特征提取、模式提取和聚類算法建立二維與三維對應的多層字典，作為重建的先驗信息；在重建過程中提出二值約束的鄰域匹配算法，對不同位置的圖像塊采取不同的距離計算方式，選取字典中匹配的塊作為重建結果；對巖心灰度圖像進行重建實驗，將重建結果與訓練圖像、真實巖心圖像的統計特性和形態特征進行比較，以證明算法的有效性。巖心的灰度重建比二值重建能夠保留更多的原始信息，本方法在進行匹配塊搜索時，增加了權值計算，提高了匹配的魯棒性。保證了重建結果與原始訓練圖像在統計特征上的一致性。

技術領域

本發明創新性的提出了基于超維的灰度巖心三維重建方法，尤其涉及一種 灰度巖心的三維重建方法，屬于圖像處理領域。

背景技術

在石油地質研究中，巖心三維微觀結構是研究巖心宏觀物理特性的基礎。 三維數字巖心能夠在孔隙尺寸級別上反映孔隙微觀結構，計算巖心聲學、電學 特性和模擬滲流過程，是分析巖心微觀物理特性的有力工具。然而實際工程中 高精度巖心三維圖像難以直接獲取，利用高精度二維圖像進行數字建模，可以 有效重建巖心三維圖像。

雖然利用成像設備獲取的圖像大多是灰度圖像，但目前較多的三維重建算 法是針對二值化圖像。重建時將灰度圖像進行二值化，然后重建二值三維圖像。 然而灰度圖像比二值圖像能反映更多信息，重建灰度圖像后可以進行二值化， 但重建的二值圖像無法恢復成灰度圖像。為了更多保留原始信息，對于灰度圖 像的三維重建算法的研究是很有必要的。

目前的灰度巖心重建算法主要有：Tahmasebi等提出的基于互相關函數的模 擬算法(CCSIM，cross-correlation–based simulation)，該方法能夠很好繼承層與層 之間的連續性，但是不易控制層與層之間的隨機變化性。以及紋理合成算法， 其基本思想是以小規模紋理作為樣本，合成較大尺寸的結果紋理。

但是上述方法都沒有考慮巖心的真實三維結構，超維重建是將已有的真實 巖心圖像作為先驗信息，利用真實的三維圖像信息指導重建過程。本發明提出 了一種基于超維的灰度巖心三維重建方法，保證了重建后三維灰度巖心圖像的 統計特征與二維原始巖心圖像保持一致，形態特征保持相似性。該研究項目受 國家自然科學基金項目《巖石微觀非均質結構三維圖像重建及分辨率提升技術 研究》(61372174)資助。

發明內容

本發明的目的在于創新性的提出一種新的灰度巖心三維重建方法，并且保 證重建后三維灰度巖心圖像在統計特征上與二維原始巖心圖像保持一致。

本發明通過以下技術方案來實現上述目的：

(1)將真實巖心灰度圖像I二值化得到I_bw，孔隙相為1，巖石相為0；設 定模板尺寸為n，將真實巖心灰度圖像I和二值圖像I_bw分成一一對應的h×w×n的 三維子圖；

(2)對每一個灰度的三維子圖的底面提取特征，得到features；利用模式 提取方法以光柵路徑掃描所有三維子圖，將features作為灰度二維模式，其對應 的灰度三維圖像塊作為灰度三維模式，得到灰度模式集Patternsetgray，對二值化 后的三維子圖的底面提取二值二維模式，對應的二值的三維圖像塊作為二值三 維模式，得到二值模式集Patternsetbw；

(3)設定類別數M，使用Kmeans聚類算法對Patternsetgray中的灰度二維模 式進行聚類分析，將模式集分為M類；

(4)將Patternsetgray中的灰度二維模式及其對應的灰度三維模式，Patternsetbw二值二維模式及其二值三維模式按照所屬類別對應保存，輸出所建立 的字典。