[發明專利]一種從三維圖像確定孔隙結構關鍵參數的方法

有效

• 申請號: 201811265575.0
• 申請日: 2018-10-29
• 公開（公告）號: CN109242985B
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 徐志朋;林緬;江文濱;曹高輝;姬莉莉
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: G06T19/20
• 分類號: G06T19/20;G06T7/136;G06F30/20
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

1.一種從三維圖像確定孔隙結構關鍵參數的方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟100，選取一塊測試巖心利用三維成像技術掃描以得到三維灰度圖像，對三維灰度圖像進行閾值劃分轉化后得到由固體體素和空隙體素形成的三維二值圖像；

步驟200，以三維二值圖像中最小空隙至最大空隙的半徑分別建立一個對應半徑的轉化固體體素的固體圓球結構元素和轉化空隙體素的空隙圓球結構元素；

步驟300，從最小空隙半徑開始迭代，用對應半徑的固體圓球結構元素的圓心分別對應每個固體體素，將固體圓球結構元素范圍內的空隙體素轉換為固體體素，然后再以同樣半徑的空隙圓球結構元素的圓心分別對應每個剩余的空隙體素，將空隙圓球結構元素范圍內的固體體素轉換為空隙體素，小于等于當前半徑的空隙空間被轉換為固體空間，大于當前半徑的空隙空間沒有變化；在最小半徑的迭代步中，對原始三維二值圖像中的空隙空間和當前被轉換為固體空間的空隙空間進行布爾運算，得到當前迭代半徑的空隙空間，在其它半徑的迭代步中，對上一半徑迭代步中獲得的空隙空間和當前被轉換為固體空間的空隙空間進行布爾運算，得到當前迭代半徑的空隙空間；然后保存當前轉換后的三維二值圖像，再以原始三維二值圖像作為基礎進行下一半徑的轉換；

步驟400，所有半徑處理完畢后，對每一半徑的三維二值圖像中的空隙空間進行連通性分析，確定該三維二值圖像中當前半徑空隙空間的所有連通空間塊，然后根據孔隙和孔喉的形態特征將當前半徑空隙空間的所有連通空間塊識別為孔隙和孔喉，保存識別后的三維二值圖像；

步驟500，綜合所有識別孔隙和孔喉后的三維二值圖像，即可得到當前測試巖心中空隙空間的孔隙和孔喉特征；

確定所述三維二值圖像中當前半徑空隙空間的連通空間塊的過程如下：

步驟411，利用當前半徑對應的固體圓球結構元素和空隙圓球結構元素對原始三維二值圖像進行轉換后，得到顯示大于該半徑所有未填充的空隙空間和小于等于該半徑的被固體體素填充后的空隙空間的三維二值圖像；

步驟412，選擇小于當前半徑一個體素單位的半徑對應的固體圓球結構元素和空隙圓球結構元素在原始三維二值圖像的基礎上進行轉換，得到大于等于當前半徑的所有未填充的空隙空間和小于該當前半徑被固體體素填充后的空隙空間形成的三維二值圖像；

步驟413，將步驟411和步驟412中的三維二值圖像進行布爾運算，即可將步驟411中當前半徑的空隙空間完全獨立出來，再對其以六連通方式使用MATLAB的bwlabeln函數進行連通性分析，即得到該半徑空隙空間的連通空間塊；重復上述步驟即可得到所有半徑空隙空間的連通空間塊；

根據孔隙和孔喉的形態特征將當前半徑空隙空間的所有連通空間塊識別為孔隙和孔喉的過程如下：

步驟421，對每個連通空間塊的每個表面進行投影，獲取從其對應表面外法線方向距離該表面一個像素的投影面；

步驟422，如該投影面中只有固體體素，表明此表面未與更大的空隙空間連接；如該投影面中只有空隙體素，表明此表面連接了更大空隙空間；如該表面沒有投影則表明該面為邊界；

如該投影面中同時包含固體體素和空隙體素，對該表面向法線方向再延伸一個或幾個體素距離以獲取進一步的幾個投影面，此時根據投影面中的體素條件可得到以下三種情況：

1)如果進一步的幾個投影面表現為全部是空隙體素，則判斷該表面連接的是大空隙空間；

2)如果進一步的幾個投影面還是表現為既有空隙體素又有固體體素，則對該連通塊的其它五個表面的投影面進行體素分析，如果剩下的五個投影面面都判定為即有固體體素又有空隙體素，則直接判定該連通塊為孔喉；

3)如果不符合上述兩種情況，則判斷該表面沒有連接大空隙空間；

步驟423，根據上述判斷結果，如果某個連通塊有兩個表面連接更大空隙空間，或六個表面對應的投影面同時包含固體體素和空隙體素，則該連通塊中的空隙空間塊被識別為孔喉；對于邊界連通塊，如果一個表面連接更大的空隙空間，或每個存在的投影面同時包含空隙體素和固體體素，則該連通塊被識別為孔喉；剩下的連通塊即為孔隙。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，

所述三維二值圖像中的0表示固體空間的固體體素，1表示空隙空間的空隙體素，半徑的單位為一個體素，一個固體體素或一個空隙體素與一個體素對應。