基于二维图像的砂岩结构三维重建及特性分析

在石油地质领域中，对储集层的微观结构的研究可以为地质成因分析、石油勘探开发、提高采收率等提供基础数据，具有重要的研究意义。本研究课题采用图像分析方法对储集层三维空间中孔隙、裂缝、岩石颗粒等的微观结构进行描述和分析。包括用二维图像进行三维建模、基于CT图像的三维重建、在三维图像中进行微观结构的定量分析和计算、分析三维空间的渗流特性等。 本课题组采集了各种不同地区、不同岩性的岩心薄片图像，并针对这些二维图像开展了三维重构算法的研究。在课题进行的几年里，工业CT迅速被应用到石油地质行业，因此我们对工作进行了拓展，开展了对真实岩心CT扫描三维图像的研究，通过实验，分析了CT扫描方式获取岩石微观三维图像的优势和不足，研究了几种三维建模与真实三维图像相结合的方法，从而更为准确地实现三维微观结构的分析。 本课题取得了以下主要成果： 1、重建算法研究。（1）研究了三维建模中训练图像选取问题，提出了评判图像平稳性和遍历性的方法，为三维建模时样本的选择提供了依据。（2）提出基于交换-单亲遗传算法的三维重建算法，取得较好的重建效果。（3）提出图像频率域粒子群三维重建算法，以三维结构与二维图像的自相关分布误差最小为目标，用粒子群优化算法确定重建参数，提高重建结果的准确性，并研究了并行优化算法，大幅减少了重建时间，使其具有实际应用价值。（4）在多点地质统计重建算法的基础上，提出根据信息熵决定模板大小的方法，并优化数据结构，提升了重建效果。 2、针对CT图像分辨率与样本规模的矛盾，将三维建模算法应用于CT图像高低分辨率融合及局部三维图像的拼接研究，实现了数学建模与真实图像相结合的三维图像分析方法。 3、研究了CT图像质量提升算法，如基于snake算法的序列图像轮廓检测、CT图像伪影校正等。 4、针对岩石三维图像：（1）研究了喉道分割算法，颗粒粘连分割算法。（2）提出了三维空间裂缝识别算法。（3）研究了孔隙空间连通性和孔隙复杂度的数学表达方法，实现了孔隙、裂缝三维参数的定量计算。（4）研究了Boltzmann的并行算法，提升了计算效率。（5）研究了网络孔隙模型，讨论了孔喉半径、连通性、形状因子分布、介质润湿性对渗流的影响，并提出了利用分形计算渗透率的算法。 研究过程严格按照研究计划进行。已发表论文17篇；撰写专利2项；培养博士研究生4名，硕士研究生16名。 2100433B

储集层研究是油气田勘探与开发中的一个重要问题，砂岩是我国分布最广、最重要的储集层之一。本申请课题旨在运用计算机图像处理技术，根据砂岩样本的二维图像信息重建三维图像，并通过对其特性参数的研究，正确揭示砂岩储集性和渗流特性。本课题主要创新点是：分别提出基于Metropolis接受准则的单亲遗传重建算法、基于细胞自动机的重建算法以及频域变换重建算法，研究孔隙连通性的数学表达，构建三维重建的并行计算模型，实现高效率的、具有实际价值的砂岩微观结构三维重建；构建并行格子Boltzmann方法研究砂岩三维模型的渗透率，分析孔隙特征和渗透率的关系。把对砂岩微观结构的定量分析从二维扩展到三维，为砂岩微观三维结构的分析提供直观、可视化、符合其真实机理的研究手段。课题涉及到图像处理、模式识别、进化计算、分子流体理论、地质岩层分析等理论和技术，具有多学科交叉研究的特点。

数字图像处理技术出现于20世纪60年代，经过几十年的发展，现已基本成熟完善。随着计算机技术的迅猛发展，数字图像处理技术在各个研究领域都得到推广。它的出现，为沥青混合料的研究提供了新的途径。本论文利用工业CT技术，并基于对二维数字图像统计特性的分析，对沥青混合料的体积组成进行了研究。 二维断层图像表达了某一截面的信息。但是，仅由二维断层图像人们很难建立起三维空间准确的立体形象和结构概念。为提高判别和仿真的准确性与科学性，需要建立混合料内部结构直观立体的效果，展现混合料的内部三维结构与形态。 应用工业CT对沥青混合料三维空间结构进行识别与分析，是沥青混合料研究领域的一大进步。使用德国YXLON公司生产的Compact-225型工业CT扫描了沥青混合料试件，采用机器配置的图像处理软件VGStudio MAX 2.0重建并分析了试件内部结构，测量了体积参数，并对沥青混合料内部的空隙分布特性做了初步研究。 直接开展沥青砂胶和集料颗粒三维特性研究还存在集料颗粒复原困难、图像重建和逆向工程等问题。而从理论上和技术上都说明，采用统计方法是能够从批量二维图像的分析中反映或计算出三维实体信息的，方法也容易实现。本项目以二维断层图像或连续截面图像为研究对象，运用概率和统计学理论，通过分析工业CT扫描获得的空隙断层图像，提出一种将三维体研究转换为二维截面研究的体视学方法；进一步以计算粗集料骨架间隙率VCAmix的过程为例，将这种方法加以推广；另外通过把集料假设为球形，采用体视学方程由二维截面上的级配推导了沥青混合料的三维体积级配。最后，采用数字图像处理技术结合体视学方法，通过分析一定数量截面中粗集料的分布状态计算出粗集料在三维体积中的分布状态，为均匀性的研究提供定量评价指标。 本项目研究所取得的成果为沥青混合料数字图像处理技术由二维向三维过渡奠定了基础。 2100433B

二维数字图像处理技术不能够真实的反映沥青混合料内部的体积组成情况，直接开展三维数字图像处理还存在困难，而从理论上和技术上都说明，采用概率统计方法是能够从批量二维图像的分析中反映或计算出三维实体信息的。本项目拟采用工业CT获取大量的沥青混合料断层图像，通过对批量二维断层图像的分析，建立空隙、粗集料骨架间隙率VCAmix和集料颗粒等体积参数的体-面统计关系，运用概率统计方法，从二维截面图像信息推测三维体积组成信息；另外，将采用规则集料形状假设，由面积级配推导出沥青混合料三维体积级配，为级配获取提供一种全新、有效的方法；最后，针对以往研究中仅通过二维截面上集料分布状态反映试件整体均匀性的不足，以集料和空隙在三维体积中的分布状态作为均匀性的定量评价指标，建立一套沥青混合料均匀性评价的新方法，并对均匀性的影响因素及与路用性能关系展开研究。

基于二维傅立叶变换的水泥路面图像刻槽去除的方法专利目的

《基于二维傅立叶变换的水泥路面图像刻槽去除的方法》在于提供基于二维傅立叶变换的水泥路面图像刻槽去除的方法，以解决上述在破损路面图像的识别过程中，将刻槽误判成裂缝处理的问题。

基于二维傅立叶变换的水泥路面图像刻槽去除的方法技术方案

《基于二维傅立叶变换的水泥路面图像刻槽去除的方法》提供基于二维傅立叶变换的水泥路面图像刻槽去除的方法，包括：获得包含刻槽图像的路面图像；设置傅立叶变换的加窗大小，获得路面图像的灰度值序列包括：

其中，

A为所述路面图像的灰度值；B为刻槽图像的灰度值；S为刻槽图像间隔的像素个数；t为刻槽图像的宽度；按照设置的加窗对所述路面图像的灰度值序列x（n）进行傅立叶变换，获得其频谱的幅度谱x（k）；

优选的，所述滤波刻槽的谱峰包括：对叠加后的频谱以等间隔过滤10个谱峰。

基于二维傅立叶变换的水泥路面图像刻槽去除的方法改善效果

《基于二维傅立叶变换的水泥路面图像刻槽去除的方法》的方法可有效去除路面图像内的刻槽，避免路面检测过程中，将刻槽图像误判为破损路面，提高路面的检测准确度。