■江峰 張宏悅 魏盡超 李夢(mèng)婷 高穎

（長(zhǎng)江大學(xué)湖北武漢430100）

基于電成像測(cè)井的砂巖粒度定量分析

■江峰 張宏悅 魏盡超 李夢(mèng)婷 高穎

（長(zhǎng)江大學(xué)湖北武漢430100）

成像測(cè)井資料的定量計(jì)算一直是人們關(guān)注的重點(diǎn)，本文以基于電成像測(cè)井圖像的顆粒粒度分析為研究目標(biāo)，通過(guò)計(jì)算出顆粒粒度大小從而判斷該砂泥巖剖面的巖性特征。主要討論了圖像濾波、顆粒邊緣自動(dòng)檢測(cè)、圖像填充和基于像素計(jì)算大量連通區(qū)域面積技術(shù)，再此基礎(chǔ)上計(jì)算出圖像中顆粒的相對(duì)半徑并據(jù)此確立巖性剖面。實(shí)現(xiàn)了利用電成像測(cè)井資料定量計(jì)算視粒度與劃分巖性剖面的目標(biāo)。

成像測(cè)井 定量分析 邊緣檢測(cè) 圖像填充

0　引言

電成像測(cè)井能夠?qū)仓車(chē)貙犹峁┲庇^的、清晰的、分辨率高的圖像，基于這些特性，電成像測(cè)井已廣泛應(yīng)用于非均質(zhì)縫洞型儲(chǔ)集層識(shí)別和評(píng)價(jià)，并成功拓展到沉積相分析領(lǐng)域，為沉積微相解釋提供了可能。由于電成像測(cè)井的沉積微相解釋還處于依靠專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)的定性分析階段，缺乏反映地層巖石結(jié)構(gòu)與沉積特征的量化參數(shù)及其處理方法。因此，電成像測(cè)井資料定量解釋成為了提高沉積微相解釋準(zhǔn)確度的關(guān)鍵。

1　中值濾波

中值濾波把數(shù)字圖像中一點(diǎn)的值用該點(diǎn)的一個(gè)鄰域中各點(diǎn)值的中值代替，讓周?chē)南袼攸c(diǎn)更接近真實(shí)值，從而消除孤立的噪聲點(diǎn),其對(duì)脈沖噪聲有良好的消除作用，而且在消除噪聲的同時(shí)能夠有效地保留信號(hào)的邊緣，其算法步驟如下：

（1）定義一個(gè)長(zhǎng)度為奇數(shù)L的窗長(zhǎng)，L=2N+1；

（2）截取窗內(nèi)樣本信號(hào)為X（i～N）、X（i～N+1）…X（N）…X（i+ N～1）、X（i+N）；

（3）對(duì)樣本X（i）進(jìn)行排序，輸出中值mid（i）；

（4）窗口向右移一個(gè)單位，返回步驟（3）；

（5）結(jié)束。

2　邊緣檢測(cè)

邊緣是圖像最基本的特征之一。采用具有較好的信噪比和檢測(cè)精度的canny算子進(jìn)行邊緣檢測(cè)。

Canny最優(yōu)邊緣檢測(cè)算子的一個(gè)近似實(shí)現(xiàn)，即邊界點(diǎn)位于圖像被高斯函數(shù)平滑后的梯度幅度極大值點(diǎn)上。實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：

Canny算法首先用二維高斯函數(shù)平滑圖像，減少噪聲的影響。平滑后的圖像為

H(x,y)=G(x,y)*I(x,y)=G(y)*(G(x)*I(x,y))

式中I(x,y)代表原圖像，H(x,y)代表濾波后的圖像。然后利用一階微分算子來(lái)計(jì)算平滑后圖像各點(diǎn)處的梯度幅值和梯度方向。

為了精確地確定邊緣點(diǎn)位置，需細(xì)化梯度幅值，只保留幅值的局部極大值，即非極大值抑制（NMS）。即在當(dāng)前像素點(diǎn)的3*3領(lǐng)域內(nèi)沿梯度方向進(jìn)行插值，若當(dāng)前點(diǎn)的梯度幅值大于沿梯度方向上與其相鄰的兩個(gè)插值，則認(rèn)為該點(diǎn)是可能的邊緣點(diǎn)，并標(biāo)記為候選邊緣點(diǎn)，反之，則標(biāo)記為非邊緣點(diǎn)。

Canny算法采用雙閾值法從候選邊緣點(diǎn)中檢測(cè)和鏈接出最終的邊緣。首先選出高低閾值，然后開(kāi)始掃描經(jīng)過(guò)非極大值抑制后的圖像。對(duì)所有邊緣點(diǎn)，若該點(diǎn)的梯度幅值大于高閾值，則認(rèn)為該點(diǎn)一定是邊緣點(diǎn)；若該點(diǎn)的梯度幅值小于低閾值，則認(rèn)為該點(diǎn)一定不是邊緣點(diǎn)；而對(duì)于梯度幅值處于兩閾值之間的像素點(diǎn)，則將其看做疑似邊緣點(diǎn)，再進(jìn)一步依據(jù)邊緣的連通性對(duì)其進(jìn)行判斷，若該點(diǎn)的臨接點(diǎn)有邊緣點(diǎn)，則認(rèn)為該點(diǎn)也為邊緣點(diǎn)，否則，認(rèn)為該點(diǎn)為非邊緣點(diǎn)。

3　計(jì)算半徑

砂巖的顆粒形狀并不規(guī)則，不能用現(xiàn)成的公式直接計(jì)算，本文采用像素的方法計(jì)算。顯示器上的圖像是一個(gè)個(gè)像素點(diǎn)的組合，像素的大小由圖形顯示器的分辨率決定，通過(guò)比例換算可以得到每個(gè)像素點(diǎn)所代表的面積，進(jìn)而可以得到不規(guī)則圖形的面積，從而計(jì)算出面積。

設(shè)不規(guī)則圖形的邊界范圍為

xmin=x0,ymin=y0,xmax=x1,ymax=y1

該區(qū)域的填充顏色為B，掃描線(xiàn)水平掃描，先從y=y0開(kāi)始第一條掃描線(xiàn)，每條掃描線(xiàn)從x0到x1，直到掃描到y(tǒng)=y1結(jié)束，每次掃描到涂色為B的像素點(diǎn)就累加一個(gè)，所累加的像素點(diǎn)數(shù)S就是此不規(guī)則封閉區(qū)域所在面積的一個(gè)參數(shù)。

所求得的像素點(diǎn)數(shù)可換算為面積A

A＝S/M

其中M為單位面積內(nèi)的像素點(diǎn)數(shù)，于是顆粒半徑R=√（A/π）。

4　粒度分析

根據(jù)上文所求的顆粒半徑，結(jié)合粒度劃分原則，確定各個(gè)半徑所對(duì)應(yīng)的粒度大小，從而劃分巖性剖面。

5　結(jié)論

本文將大量的數(shù)字圖像技術(shù)應(yīng)用到電成像測(cè)井圖像的分析中，通過(guò)對(duì)圖像顆粒的邊緣檢測(cè)以及像素點(diǎn)計(jì)算實(shí)現(xiàn)了圖像顆粒粒徑的自動(dòng)計(jì)算，并建立了相應(yīng)的巖性剖面。

但本文采用的數(shù)字圖像技術(shù)中仍有兩個(gè)難點(diǎn)：準(zhǔn)確檢測(cè)復(fù)雜圖像邊緣和精確計(jì)算大量連通區(qū)域面積。限制于分辨率以及地質(zhì)情況的復(fù)雜，圖像特征千差萬(wàn)別，給圖像定量分析增加了難度。

[1]John Canny.A Computational Approach to Edge Detection[J].IEEE Trans.on PAML(S0162～8828),1988,18(6):679～698.

[2]呂哲,王福利,常玉清.一種改進(jìn)的Canny邊緣檢測(cè)算法[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2007,28(12):1～3.

[3]李?yuàn)^強(qiáng),任宗義.不規(guī)則圖形面積的一種計(jì)算機(jī)求解方法[J].甘肅工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1992,18(2).

[4]韋海萍,趙保軍,唐林波,等.Canny算法的改進(jìn)及其硬件的實(shí)現(xiàn)[J].光學(xué)技術(shù),2006,32(2):62～65.

[5]王曉娜.淺析MATLAB函數(shù)實(shí)現(xiàn)圖像填充的方法[J].科技論壇.

F407.1[文獻(xiàn)碼]B

1000～405X（2016）～4～297～1