[發明專利]融合二次電子和背散射電子圖像的區域生長孔隙識別方法

在審

• 申請號: 202110582111.8
• 申請日: 2021-05-27
• 公開（公告）號: CN113191330A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 郭偉;何法;王詩玉;雷湘湘;張昊天;劉茂鑫
• 申請（專利權）人: 宜賓學院
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/46
• 代理公司: 重慶嘉禾共聚知識產權代理事務所(普通合伙) 50220
• 代理人: 吳迪

本發明公開了融合二次電子和背散射電子圖像的區域生長孔隙識別方法，包括以下步驟，圖像采集：分別采集選定分析區域的背散射圖像和二次電子圖像；圖像預處理：分別對背散射圖像和二次電子圖像進行灰度校正；孔隙識別：根據二次電子圖像和或背散射電子圖像成像響應差異構建區域生長算法的停止生長模型；在二維平面上分別判斷各個像素點與周圍像素點的連通性，歸并區塊完成分析區域孔隙識別；通過構建區域生長算法停止生長的數學模型，提高區域生長算法孔隙識別的精度，實現了掃描電鏡頁巖孔隙的高精度識別，在區分孔隙和基質方面具有較好的效果，大大提高了區域生長算法識別孔隙的可行性，并能夠取得較高的識別結果。

技術領域

本發明涉及油氣儲層評價、巖土工程等領域，特別是一種融合二次電子和背散射電子圖像的區域生長孔隙識別方法。

背景技術

在頁巖孔隙性評價和孔隙結構分析中，掃描電鏡是一種廣泛的應用技術。對未拋光的樣品進行掃描電鏡觀察可以定性分析頁巖的孔隙類型和分布特征，通過對氬離子拋光的頁巖樣品的掃描電鏡觀察可以定量統計頁巖孔隙的各種參數。但是，人工統計頁巖孔隙參數的工作量巨大，一般僅用于科學研究，難以用于工業生產推廣，因此很多學者和研發人員都對掃描電鏡孔隙的計算機識別技術開展了大量研究。目前已有的識別技術以灰度法和分割法為主。

1、灰度法

掃描電鏡的頁巖圖像中孔隙和基質(包括有機質、無機礦物)的灰度通常存在較為明顯的差異，孔隙的灰度值相對較低。因此，可以設定某灰度值A，當分割單元或像素點灰度值小于A時為孔隙，當分割單元或像素點灰度大于A為基質。由于掃描電鏡圖像屬于灰度圖像，且灰度識別方法操作簡單，因此被廣泛應用于掃描電鏡孔隙識別。目前，常用的利用灰度法識別孔隙的軟件以顆粒(孔隙)及裂隙圖像識別與分析系統(PCAS)為代表(劉春等，2018)，戚明輝等(2019)利用J Micro Vision軟件的灰度識別功能對掃描電鏡下孔隙識別也開展了研究。

由于頁巖中孔隙分布于有機質和不同類型的無機礦物中，而有機質和不同類型的無機礦物在掃描電鏡下灰度不一，不同類型孔隙的灰度值相對于有機質或者無機礦物的灰度值的高低也存在差別，因此單從灰度值的高低來看，孔隙和基質的灰度值區間往往存在一定的重疊，造成灰度區分孔隙和基質存在一定誤差。

2、分割法

根據孔隙、有機質和不同類型的無機礦物在灰度上存在差異，而在它們的邊界則會出現灰度值變化。分割法就是根據掃描電鏡圖像中不同組分(孔隙、有機質、各種無機礦物)的界線處灰度變化，利用數學方法(邊緣法、分水嶺法等)將掃描電鏡圖像分割成不同的區塊(α)，然后對各個區塊(α)進行分別識別。分割法中可以引入區塊(α)的灰度、形態等多種參數。

分割法對于較大的孔隙往往具有較好的區分效果，但是孔隙較小時實現難度較大。目前的掃描電鏡技術下，觀察到的頁巖孔隙極限約為放大倍數10萬倍下1個像素點，大約是3～6nm，同時也是頁巖微納米孔隙分布的重要尺度。因此，放大倍數10萬倍掃描電鏡下經常可見幾個甚至1個像素點即為1個孔隙的情況，此時如果采用分割法則容易將孔隙作為噪點排除，識別精度大大降低。

掃描電鏡圖像包括二次電子圖像(ETD)、背散射電子圖像(BSED)等。二次電子圖像(ETD)探測深度較淺，一般小于5nm，能更好的反映分析區域(R)表層結構特征；背散射電子圖像(BSED)探測深度較深，一般大于50nm，能更好的反映分析區域(R)的原子序數高低，灰度越高，代表原子序數越高。

由于二次電子圖像(ETD)或背散射電子圖像(BSED)成像所依據的電子類型不一樣，因此成像過程中有機質、無機質、有機質孔隙、無機孔隙的響應特征不一樣，且兩種電子圖像的組合響應特征也不一樣。本專利提出在用二次電子圖像(ETD)進行區域生長識別的算法中，根據二次電子圖像(ETD)或背散射電子圖像(BSED)成像響應差異，增加生長停止的算法模型，提高識別精度。