页岩纳米孔隙结构投影数据的几何校正方法及装置与流程

本发明涉及地球物理探测技术领域，具体而言，涉及页岩纳米孔隙结构投影数据的几何校正方法及装置。

背景技术：

近年来，微纳CT技术更广泛的应用于包括地质、地球化学、地球物理等领域，以页岩为例，由于其特殊的页岩油气存储方式，对于其内部纳米级孔喉分布的状况的研究极为重要。传统的方法很难无损的实现页岩微纳孔隙研究，使用X射线扫描存在分辨率不够，信噪比低，弱吸收物体难成像等困难。第三代同步辐射光的引入将在光源层面为提高分辨率提供硬件上的可能，但随之带来的问题是在样品台旋转过程中可能发生的偏移，如果不进行很好的校正将产生严重的伪影。目前针对纳米CT投影数据的校正方法集中在对于投影质心或标定物的最小二乘正弦拟合上，但噪音的存在会使得所称出的像在形态上存在问题，很难精确地实现页岩的微纳孔隙研究。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种页岩纳米孔隙结构投影数据的几何校正方法，能够实现对样品纳米级孔喉，微米级孔隙的刻画。

本发明提供的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种页岩纳米孔隙结构投影数据的几何校正方法，该方法包括：利用平面积分交叉校验算法进行上下偏移校正；利用基于边缘检测的最邻近图像元相似性算法进行左右偏移校正，其中：所述利 用平面积分交叉校验算法进行上下偏移校正的步骤包括：对每一角度的投影数据分别进行预处理；以中心角度投影数据为基准数据，对靠近中心的n行投影数据做互相关处理得到对应的上下偏移值并进行校正；及对其他角度的投影数据分别与相邻的更靠近中心角度投影数据的投影数据及中心n行的投影数据进行互相关比较，分别得出其他角度的投影数据对应的偏差值，并把所述偏差值的平均数记为该角度的投影数据对应的上下偏移值，其中n为预设正整数；所述利用基于边缘检测的最邻近图像元相似性算法进行左右偏移校正的步骤包括：以所述中心角度投影数据为基准数据，确定迭代比较方向及比较方法并进行Canny边缘校正；对两幅边界图像进行预处理，包括依照所述上下偏移值进行上下偏移校正及对所述边界图像依据不同的偏差预设值计算所述两幅边界图像的可比较区域；对所述可比较区域内的所有像素分别进行相似性比较，取相关性最大的值作为该角度的左右偏移值。

另一方面，本发明提供了一种页岩纳米孔隙结构投影数据的几何校正装置，该装置包括：上下偏移校正模块，用于利用平面积分交叉校验算法进行上下偏移校正；左右偏移校正模块，用于利用基于边缘检测的最邻近图像元相似性算法进行左右偏移校正，其中：所述上下偏移校正模块包括：上下方向预处理单元，用于对每一角度的投影数据分别进行预处理；中心角度上下处理单元，用于以中心角度投影数据为基准数据，对靠近中心的n行投影数据做互相关处理得到对应的上下偏移值并进行校正；及其他数据上下处理校准单元，用于对其他角度的投影数据分别与相邻的更靠近中心角度投影数据的投影数据及中心n行的投影数据进行互相关比较，分别得出其他角度的投影数据对应的偏差值，并把所述偏差值的平均数记为该角度的投影数据对应的上下偏移值，其中n为预设正整数；所述左右偏移校正模块包括：迭代比较方向及比较方法确定单元，用于以所述中心角度投影数据为基准数据，确定迭代比较方向及比较方法并进行 Canny边缘校正；边界图像水平方向预处理单元，用于对两幅边界图像进行预处理，包括依照所述上下偏移值进行上下偏移校正及对所述边界图像依据不同的偏差预设值计算所述两幅边界图像的可比较区域；相似性比较单元，用于对所述可比较区域内的所有像素分别进行相似性比较，取相关性最大的值作为该角度的左右偏移值。

在本发明中，通过“平面积分交叉校验算法”对投影数据进行上下校正，通过“基于边缘检测的最邻近图像元相似性算法”对投影数据进行左右校正，提高样品孔隙成像分辨率，并去除了投影数据中的伪影，压制了投影数据中的噪声，能够实现对样品纳米级孔喉，微米级孔隙的刻画。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图：

图1为本发明较佳实施例提供的页岩纳米孔隙结构投影数据的几何校正方法的流程示意图；

图2为本发明较佳实施例提供的页岩纳米孔隙结构投影数据的几何校正装置的功能模块示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参见图1，本申请实施例提供了一种页岩纳米孔隙结构投影数据的几何校正方法，该方法包括：

步骤S101，对每一角度的投影数据分别进行预处理。

对于每一个角度的投影数据的数字图像按照水平方向进行求和，可以把求和后的数据转成行向量，将行向量再按照角度顺序从上到下排列成矩阵Z，对于该矩阵Z沿行方向作如下处理：

Z'(i，j)＝Z(i，j+1)-Z(i，j)；

上式中Z'为处理后的矩阵，i，j表示矩阵的i行j列。

再对Z'以行方向做归一化处理即：

Z'(i，:)＝Z'(i，:)/max[Z'(i，:)]；

其中Z'(i，:)为归一化处理后的矩阵，max[Z'(i，:)]为第i行最大数值。

步骤S102，以中心角度投影数据为基准数据，对靠近中心的n行投影数据做互相关处理得到对应的上下偏移值并进行校正。

首先估计该行可能发生的偏差值的绝对值|Δ_max|。

依次假定待校正偏差值Δ遍历[-Δ_max,Δ_max]；对于每次的预定偏差值，对待校正数据进行偏差处理：

Z'_new(i,j)＝Z'(i,j+Δ)；

与中心数据Z'_mid做互相关计算，即分别求互相关系数，公式为：

其中start＝max{1,1-Δ}；end＝min{m,m-Δ}，其中m为所处理图像一个方向的像素总个数。其中m可以取512，作为所处理图像一个方向的像素总个数，并且可以根据实际情况不同对m的数值大小进行改正。

最后确定该角度上下偏移值为Δ_i＝argmax_Δ{corr(i,Δ)}。其中，argmax{}表示对每个角度i所有的偏差值Δ，使得corr(i，·)最大化的Δ记为Δ_i。

步骤S103，对其他角度的投影数据分别与相邻的更靠近中心角度投影数据的投影数据及中心n行的投影数据进行互相关比较，分别得出其他角度的投影数据对应的偏差值，并把所述偏差值的平均数记为该角度的投影数据对应的上下偏移值。

对于其他角度数据分别与更靠近中心角度的数据及上部所述中心几行数据进行如上部所述互相关比较方法进行偏差值求解，分别与这些作为标准的数据求出的偏移值求平均记为该角度下的上下偏移值。

步骤S104，以所述中心角度投影数据为基准数据，确定迭代比较方向及比较方法并进行Canny边缘校正。

以中心角度为基准数据并设定中心角度的左右偏移值为0，迭代比较方向为从中心开始，依次对更靠近边缘角度的邻近图像数据进行校正。

为了更好地压制噪声，可以根据图像的性质可以选择比较的方法，这里选取为Canny边缘检测。对于每两幅待比较的图，对其进行Canny边缘检测处理，其中所述Canny边缘检测包括：去噪声，计算梯度和方向角，非最大值抑制和滞后阈值化。分别得到标准图I和待比较图J的边界图像BW0和BW1，根据迭代的原理，对于任意迭代，所述标准图I皆已有左右偏移值；。

步骤S105，对两幅边界图像进行预处理，包括依照所述上下偏移值进行上下偏移校正及对所述边界图像依据不同的偏差预设值计算所述两幅边界图像的可比较区域。

具体的，对两幅图BW0和BW1按照其所在的角度和上述已求出的上下偏移数值进行上下校正。对于BW0和BW1均按照标准图I的左右偏差值δ_theta进行左右校正得到BW0new和BW1new。估计该行还可能发生的偏差值的绝对值|δ_max|。依次假定待校正偏差值δ遍历[-δ_max，δ_max]，对于每次的预定偏差值，对待校正数据进行偏差处理：BW1newδ(i，j)＝BW1new(i，j+Δ)对于缺少数据的部分进行补零处理。

再对此时两幅图像按照如下方式求出可以比较的区域：

up＝max{min{i|s.t.BW0_new(i,:)≠0},min{i|s.t.BW1_new(i,:)≠0}}

down＝min{max{i|s.t.BW0_new(i,:)≠0},max{i|s.t.BW1_new(i,:)≠0}}

left＝max{min{i|s.t.BW0_new(:,i)≠0},min{i|s.t.BW1_new(:,i)≠0}}

right＝min{max{i|s.t.BW0_new(:,i)≠0},max{i|s.t.BW1_new(:,i)≠0}}。

步骤S106，对所述可比较区域内的所有像素分别进行相似性比较，取相关性最大的值作为该角度的左右偏移值。

具体的，计算不同假定的待校正偏差值δ的相关系数：

然后对每个角度theta投影的左右偏移取δ_theta＝argmax_δ{corr(δ)}，其中，argmax{}表示对每个角度theta和所有的偏差值δ，使得corr(δ)最大化的δ记为δ_theta。

综上所述，通过“平面积分交叉校验算法”对投影数据进行上下校正，通过“基于边缘检测的最邻近图像元相似性算法”对投影数据进行左右校正，提高样品孔隙成像分辨率，并去除了投影数据中的伪影，压制了投影数据中的噪声，能够实现对样品纳米级孔喉，微米级孔隙的刻画。

实施例2

本发明实施例还提供了一种页岩纳米孔隙结构投影数据的几何校正装置200，参见图2，该装置包括上下偏移校正模块201和左右偏移校正模块202，其中所述上下偏移校正模块201包括：

上下方向预处理单元2011，用于对每一角度的投影数据分别进行预处理。

中心角度上下处理单元2012，用于对靠近中心的n行投影数据做互相关处理得到对应的上下偏移值并进行校正。

其他数据上下处理校准单元2013，用于对其他角度的投影数据分别与相邻的更靠近中心角度投影数据的投影数据及中心n行的投影数据进行互相关比较，分别得出其他角度的投影数据对应的偏差值，并把所述偏 差值的平均数记为该角度的投影数据对应的上下偏移值，其中n为预设正整数。

左右偏移校正模块202包括：

迭代比较方向及比较方法确定单元2021，用于以所述中心角度投影数据为基准数据，确定迭代比较方向及比较方法并进行Canny边缘校正。

边界图像水平方向预处理单元2022，用于对两幅边界图像进行预处理，包括依照所述上下偏移值进行上下偏移校正及对所述边界图像依据不同的偏差预设值计算所述两幅边界图像的可比较区域。

相似性比较单元2023，用于对所述可比较区域内的所有像素分别进行相似性比较，取相关性最大的值作为该角度的左右偏移值。

其中，上下方向预处理单元2011对每一角度的投影数据分别进行预处理的方法可参见步骤S101的描述。

中心角度上下处理单元2012对靠近中心的n行投影数据做互相关处理得到对应的上下偏移值并进行校正的方法可参见步骤S102的描述。

其他数据上下处理校准单元2013对其他角度的投影数据的处理方法可参见步骤S103的描述。

迭代比较方向及比较方法确定单元2021，以所述中心角度投影数据为基准数据，确定迭代比较方向及比较方法并进行Canny边缘校正的方法可参见步骤S104的描述。

边界图像水平方向预处理单元2022对两幅边界图像进行预处理的步骤可参见步骤S105的描述。包括依照所述上下偏移值进行上下偏移校正及对所述边界图像依据不同的偏差预设值计算所述两幅边界图像的可比较区域

相似性比较单元2023对所述可比较区域内的所有像素分别进行相似性比较，取相关性最大的值作为该角度的左右偏移值的方法可参见步骤S106的描述。

本申请实施例提供的页岩纳米孔隙结构投影数据的几何校正装置的处理方法与方法实施例中的步骤相同，技术效果这里不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制 的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。