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岩心粒度分割算法的研究与实现

作　者: 任辉
导　师: 周云才; 张和松
学　校: 长江大学
专　业: 计算机技术
关键词: 岩心粒度分割形态学滤波快速分水岭算法
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

岩心粒度分割是岩心分析过程中至关重要的前期工作。岩心粒度分割的结果可以作为岩心分析的数据来源,而岩心分析又能为石油勘探提供必要的数据。石油是关系到国家战略发展的重要资源,全球对于石油的需求日益增长,而另一方面石油是不可再生资源,因此需要现代化石油分析系统对数据进行收集,提取,分析,和评估从而对石油开采提供指导。岩心分析是获取油气层特质的有效方式。岩心粒度的分析为岩心的分析提供了必要的数据。借助于计算机的强大计算能力,把对数据的手动输入,转化为自动分析提取,因此可以借助于计算机软件对采集到的岩心图像进行分析提取直观上的岩心数据,从而用于岩心分析。因此对岩心粒度图像的合理划分,对岩心粒度的准确提取具有重要的现实意义。本文主要是为了解决岩心粒度分析中的岩心粒度图像分割问题。计算机将图像理解为一幅包含有用信息的数字码。图像处理在于采用计算机对这些数字码进行有效的加工从而满足所需要的应用需求。图像分割是指根据处理图像所包含的对象信息如灰度、色度、纹理、儿何形状等特征把图像划分成若干个互不相交的区域,让具有一致性或相似性的特征分布在同一区域,但在不同区域间表现出明显的差异性。也就是通俗意义上的把图像中的目标从背景中提取,以便对目标进行处理。多年人们一直非常重视对图像分割领域的研究,图像分割领域新的算法和对算法的改进一直被不断提出。由于图像分割的效果很大程度上依赖于特定的图像特征如成像方式,纹理,灰度,噪声等,因此目前还没有一种通用的图像分割算法可以实现对所有图像的有效分割。现今国内外广泛使用的图像分割方法大致主要分为基于阈值分割、基于边缘的分割方法,基于变形模型分割、基于区域生长分割、基于遗传算法分割、基于人工神经网络等。为对岩心粒度图像进行分割,在研究了图像分割领域各主流算法的基础上,结合岩心粒度图像自身的特点提出了岩心粒度分割新方法,达到了预期的良好分割效果。本文完成的主要研究内容如下：1.完成了对基于阈值的分割算法应用于岩心粒度分割的研究。重点研究了全局阈值法,局部阈值法以及自适应阈值法的算法原理、步骤以及实验效果。从阂值法应用于岩心粒度图像的分割实验过程和效果可以看出,基于阈值的岩心粒度分割算法理论清晰,过程简洁。但目标与背景对比不明显的图像,分割效果不是很明显。因阈值算法基本上只利用了图像的像素灰度值信息而并未充分利用图像的空间域信息。最后介绍了基于区域生长、分裂与合并的分割算法。基于区域的分割算法充分利用了像素值和空间域信息但受到像素种子,生长准则或分裂和合并准则的限制,因此往往需要结合其他图形处理算法,才能达到分割效果。同时介绍基于区域的分割算法为新算法的区域合并提供理论依据。从对阈值和区域分割算法的研究中可以看出要解决岩心粒度图像的分割问题,必须同时充分利用图像的值信息已经形态学空间信息。2.完成了对基于边缘的串行和并行检测技术应用于岩心粒度图像的分割的研究。基于边缘串行检测的技术应用于岩心粒度的提取,即使在图像噪音较大的情况下,仍然能够得到封闭且连续的边缘。在并行检测技术中常用的是微分算子法,常用的微分算子有一阶微分算子和二阶微分算子。常用的一阶微分算子有Roberts、Sobel、Prewitt、Kirsh、Canny算子等,常用的二阶微分算子有Laplace、Log算子等。微分算子应用广泛,不仅应用于边缘提取,而且往往应用于图像处理预处理过程中对图像梯度的预提取。3.完成了结合特定理论的分割算法应用于岩心粒度分割的研究。在基于聚类分析的算法中FCM聚类分割算法在图像分割领域得到了成功的应用。重点研究了基于数字形态学的处理技术以及基于分水岭分割的算法。数字形态学的基本运算有腐蚀、膨胀、开和闭运算。这些运算构成了数字形态学的基本操作。在这些运算的基础上实现了形态学细化和形态学滤波技术。分水岭算法来源于形态学,具备利用空间信息的优势,且处理速度较快,只是存在严重的过分割问题有待解决。4.提出了岩心粒度分割的新方法。在分析和总结基于阈值、区域、边缘和特定理论的图像分割的基础上提出了岩心粒度分割的新方法。新方法主要以数字形态学和分水邻算法为理论基础,借鉴了边缘分割保留主要信息的思想,以及了采用基于区域的分割理论进行后期处理。新方法采用了形态学开闭重建滤波器对原始的岩心粒度图像去噪,达到了良好的去噪效果。前景和背景标记对岩心粒度及图像的背景分别进行了标记处理,为分水岭分割提供了参考准则。在分水岭分割采用的基于直观分水岭的算法,因避免了反复出入队列的操作,在算法效率上有了一定的提高。最后对分割后的图像进行后期的区域合并处理。从最终的岩心粒度图像分割的效果图中可以看出,新方法有效的解决了传统分水岭算法的过分割问题,对岩心粒度的提取准确,达到了预期的处理效果。最终的分割效果,能够满足用于岩心分析的需求。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-14
  1.1 论文研究背景与意义  10-11
  1.2 国内外发展及其现状  11-12
  1.3 论文的主要工作  12
  1.4 论文的章节安排  12-14
第2章基于阈值的岩心粒度分割算法  14-26
  2.1 岩心粒度分割全局阈值法  15-18
  2.2 岩心粒度分割局部阈值法  18-19
  2.3 岩心粒度分割自适应阈值法  19-21
  2.4 区域分割  21-25
  2.5 本章小结  25-26
第3章基于边缘检测的岩心粒度分割算法  26-40
  3.1 岩心粒度分割边缘串行检测技术  27-29
  3.2 岩心粒度分割边缘并行检测技术  29-39
  3.3 本章小结  39-40
第4章基于特定理论的岩心粒度分割算法  40-55
  4.1 基于聚类分析的岩心粒度分割算法  40-43
  4.2 基于数学形态学的岩心粒度分割算法  43-49
  4.3 基于分水岭的岩心粒度分割算法  49-54
  4.4 本章小结  54-55
第5章岩心粒度分割的新方法  55-68
  5.1 灰值形态学的基本运算  55-57
  5.2 融合灰值形态学相关运算的分水岭算法  57-60
  5.3 算法设计  60-65
  5.4 实验结果与分析  65-67
  5.5 本章小结  67-68
第6章总结与展望  68-69
  6.1 总结  68
  6.2 展望  68-69
致谢  69-70
参考文献  70-73
个人简介  73-74

岩心粒度分割算法的研究与实现

内容摘要

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