CN102483864B - 将数字图像转换成多维地理参考数据结构的方法 - Google Patents

Abstract

本发明旨在提供将数字图像转换成多维地理参考数据结构的计算机实现的方法。该方法包括预处理或准备数字图像；为准备好的数字图像定义包含多个值的色图；为准备好的数字图像定义几何和位置值；通过根据色图中最接近的匹配，对数字图像中的每个像素指定一个值，和根据几何和位置值指定内插几何和位置值来创建数据结构；以及将该数据结构发送给解释应用并创建多维地理参考图像以便进行解释。

Description

将数字图像转换成多维地理参考数据结构的方法

本申请基于如下美国临时申请并要求其利益：2009年9月10日提交的美国临时申请第61/241,244号，在此通过引用并入其全部内容。

技术领域

本发明一般地涉及将数字图像转换成多维地理参考数据结构(multi-dimensional geo-referenced data structure)的方法和系统，尤其涉及将数字图像数据转换成多维地理参考地震数据结构以便进行地质解释的方法。

背景技术

数字图像以许多文件类型(例如，TIFF、JPEG、GIF、CGM、PDF)、格式(例如，光栅、矢量)存在，可以来自任何来源和任何对象，包括但不限于：地震测线(seismic line)、照片(航空及其它)、地质截面、和测井记录。数字图像通常脱离背景和脱离使用与数字图像有关的信息的计算机实现的解释应用(interpretation application)而被使用。例如，地质学家可能拥有地震数据的数字图像，但不能在地质解释应用中以其它数据为背景查看和解释图像。将数字图像转换成可以用在解释应用内的地理参考多维数据结构的能力将提高数字图像数据的价值。

地理参考、转换和向解释应用发送数字图像的已知方法一般局限于二维黑白图像，并且发现不能令人满意。地图查看数字图像可以使用GIS和遥感应用而被地理参考，但所得数据格式一般与其它计算机应用不兼容。将数字图像移入解释应用中牵涉到将图像扫描到GIS应用中，人工地将每个像素数字化成矢量，并通过另一个应用输出矢量数据。该过程是非常耗费劳力的，并且只提供矢量化形状，缺乏原始数字图像的细节。其它方法局限于SEG-Y输出格式，需要专业计算机应用技能，并且是：昂贵的、费时的、不适合大规模使用并且往往造成数据质量损失。

尽管已经考虑了一些方法，但仍然需要一种方法，该方法地理参考数字图像、将数字图像颜色信息转换成有用第三维(例如，振幅或深度/时间)并将数字图像和信息传送到可以以其它数据为背景查看和操纵图像的解释应用。

发明内容

本文所述的是将数字图像转换成多维地理参考数据结构的各种技术的实现，尤其是将数字图像数据转换成多维地理参考地震数据结构以便进行地质解释的方法。

根据本发明的一种实现，提供了将数字图像转换成多维地理参考数据结构的计算机实现的方法。该方法包括：存储准备好的数字图像；为该准备好的数字图像定义包括多个值的色图；为该准备好的数字图像定义几何和位置值；通过根据色图中最接近的匹配对数字图像中的每个像素指定一个值，和根据几何和位置值指定内插几何和位置值来创建数据结构；以及将该数据结构发送给解释应用并创建多维地理参考数据结构以便进行解释。

在本发明的另一种实现中，提供了将地震数据的数字图像转换成3维地震数据结构的方法。

根据本发明的另一种实现，提供了配置成将数字图像转换成多维地理参考图像的计算机系统。该系统包括至少一个计算机存储装置，其具有包括准备好的数字图像的计算机可读介质；以及至少一个处理器，其被配置和安排成执行存储在计算机存储介质中的计算机可读的可执行指令，以便使用户能够执行包含如下步骤的方法：为该准备好的数字图像定义具有多个值的色图；为该准备好的数字图像定义几何和位置值；通过根据色图中最接近的匹配对数字图像中的每个像素指定一个值，和根据几何和位置值指定内插几何和位置值来创建数据结构；以及将该数据结构发送给解释应用并创建多维地理参考数据结构以便进行解释。在一个实施例中，该系统进一步包括至少一个图形用户接口，其包括用户输入装置，以及至少一个显示装置，该显示装置被配置和安排成显示多维地理参考图像的至少一个图像。

上面提及的概述部分以简化方式介绍了下面在详细描述部分中要作进一步描述的概念的选择。该概述既无意界定要求保护的主题的关键特征或基本特征，也无意用于限制要求保护的主题的范围。而且，该要求保护的主题不局限于改进在本公开的任何部分中提到的任何或所有缺点的实现。

附图说明

本发明的这些和其它特征可以通过如下描述、待审权利要求书和附图得到更好理解，在附图中：

图1例示了本发明的一个实施例的流程图；

图2例示了了本发明的另一个实施例的流程图；以及

图3示意性地例示了执行本发明的计算机系统的一个例子。

具体实施方式

图1例示了有关将数字图像转换成多维地理参考数据结构的计算机实现的方法30的本发明的一个实施例的流程图。该方法包括预处理或准备数字图像；为准备好的数字图像定义具有多个值的色图；为准备好的数字图像定义几何和位置值；通过根据色图中最接近的匹配，将数字图像中的每个像素的色值指定成数据结构中的有用值，和根据几何和位置值指定内插几何和位置值来创建数据结构；以及将该数据结构发送给解释应用并创建多维地理参考图像以便进行解释。

下面参考图1描述根据本发明的一个实施例的方法的一个例子。

准备数字图像

步骤1包括从任何来源和以任何格式获取要转换的数字图像，例如，地震测线、地震时间片、层位、地图、照片、横截面、CAD制图、X射线、测井记录、插图、或截屏图像，每一种都可以当作“地质”图像数据。接着，根据图像的特性人工地确定数字图像的尺寸和形状(步骤2)。用户根据可在图像中看见的信息，或有关图像的已知信息做出判断。图像中的每个像素代表最终数据结构中的一个元素。如果数据结构是20×20个项目的矩阵，则图像包含20×20个像素。例如，地震测线由在设置的时间或沿着它们的长度向下的深度上均匀取样的地震道(trace)组成。因此，地震数据的图像应该包含数量等于地震道(横跨)和样本(向下)的期望数量的像素。时常，图像实际上示出跨顶部的炮点(shotpoint)或地震道记号和沿着一侧向下的时间记号。这些值可以用于确定经编辑的图像应该具有多少像素。可以将这些值输入为了计算正确的像素数量而建立的电子表格中，或者可以人工完成计算。例如，根据图像的分辨率、期望输出、和他们对类似图像的经验，将在其它图像类型中所需的像素数量的确定留给用户。

然后，使用图像编辑软件应用将数字图像编辑和重新取样(步骤3)成期望的像素数量。合适的应用包括但不限于Adobe系统公司开发的适当的应用应该根据其能力和用户的经验来选择。来自这个步骤的期望输出是只包含打算转换的图像的一部分和以标准文件格式保存的预定尺寸和形状的光栅图像。合适的文件格式是但不限于使用LZW无损压缩算法创建的TIFF(标记图像文件格式)。编辑步骤可以包括但不限于裁剪、合成多幅图像、颜色校正、重新取样。例如，可以将地震测线的截屏缩小裁剪成地震数据区，重新取样成期望尺寸，并保存成TIFF格式图像。

为准备好的数字图像定义具有多个值的色图

为了定义使图像中的每种颜色能够映射成数值的色图(步骤4)，将色图用作计算机对于每种颜色遵循的向导。用户必须确定在图像中呈现什么颜色，并将它们定义成RGB值。呈现在图像中的颜色可以使用许多方法来确定。用户根据图像的出处可能已经知道呈现的颜色。他们可以根据像Adobe中的拾色器那样，可用在图像编辑软件应用中的取样工具确定颜色。图像编辑软件应用还提供选择在图像中将呈现哪些颜色的能力。也可以使用读取每个像素并打印包括颜色在内的其属性的软件算法。一旦已经确定呈现在图像中的颜色，用户就输入与要用在期望输出数据结构中的每个数值相关联的色值。用户可以人工输入每个值，或使用其它更自动化的手段。一种这样的方法是在文本文件中按它们的预定次序列出颜色，并将该文件输出到定义色条的算法。如果该输入包含比可用于数据结构的最大数量少的色值，则用户可以选择跨过所有可能值来内插它们，或只使用提交的值。例如，8-位地震数据总共包含256个单独值。地震数据的图像往往处于3种颜色的色调，2种颜色代表极值，一种代表中间值。用户可以提供这三种颜色，并使用将它们混合在一起的算法，在它们之间插值。可替代的是，可以对作为单独颜色的每个值，或它们之间的任何组合进行。例如，如果用户打算将照片转换成局限于64个值的数据结构，用户可以将照片中的颜色限制在64种上，并只将那些颜色提供给色条。该方法的输出是包括可以根据用户创建的色图，用颜色表示的值的数据结构。也就是说，使用数据结构的解释应用将应用它自己的方法和色图来“解码”这些值并将它们显示成颜色。为了让解释应用显示原始数字图像颜色，用户一般不得不人工地将它们输入应用中，或使用适合解释应用的色图提交工具来提交它们。该解释应用可以被用于使用用户选择的任何色图来显示数据结构。

定义几何和位置

为了定义几何和位置(步骤5)以便将图像地理参考到空间位置，用户通过查看描绘在图像中的信息，或通过已知信息源输入数据结构所属的坐标。所需的几何和位置信息量取决于要创建的数据结构。例如，在2D地震测线中，用户可以提交测线上的至少两个点(一般是端点)的X和Y坐标和炮点值。他们还提交顶部和底部值以指示测线延伸到地球中有多深。根据这些值，内插图像中的其它像素的值。例如，在3D层位(horizon)或时间或深度片中，用户可以提交图像角(corner)的X和Y坐标。根据这些值，内插图像中的其它像素的值。可以人工地或使用批处理方法将有关图像文件的所有描述性信息提交给解释应用。一种这样的方法是创建描述图像的文本文件。该文本文件可以使用从数据库、电子表格、或用户存储图像信息的其它文件中读取信息的脚本来创建。

创建数据结构

接着，该方法包括读取图像中的像素(步骤6)、和伴随数据，并确定第一像素的属性。这个步骤可以包括确定图像的颜色属性被存储成一般是用户提供的输入的RGB还是BGR。接着，将RGB/BGR像素转换成加权HSV(步骤7)。这个步骤可以利用将RGB或BGR(红-绿-蓝或蓝-绿-红)值转换成HSV或HSL值(色度-饱和度-纯度或色度-饱和度-亮度)的任何已知算法来实现。如下文献给出了这样算法的一个例子：Agoston，Computer Graphics and GeometricModeling：Implementation and Algorithms.London：Springer，pp.303-306(2005)。

接着，根据设置的默认值或根据用户输入来加权色度、饱和度和纯度的重要性，这将决定下一个步骤中的正确颜色。使用局部三维欧几里德距离公式计算与用户定义的色图中的单元(cell)的接近度，计算像素颜色与色图中的单元的接近度。根据色图中最接近的匹配，将值指定给像素(步骤9)。颜色的数量和值的数量根据被选为最终产品的数据结构的类型来确定。例如，对于地震和层位数据常见的是，用户色条是256种颜色，因此将0-255的值映射成-128到127。换句话说，基于像红色、白色和蓝色那样的三种颜色的色条将红色映射成1，将白色映射成127和将蓝色映射成255。在本例中，0是缺失颜色桶。如果最接近索引是1，则幅值变成-127。对于白色，索引127映射成幅值0。使用用户提交的几何和位置数据将位置数据指定给每个像素(步骤10)，并为像素内插正确的位置数据。对图像中的每个像素重复步骤6-10(步骤11)，这些像素可以同时或串行地处理。通过收集在步骤6-11中确定的每个元素，并根据输出的数据的类型将它们打包，将所得处理后的数据打包到数据结构中(步骤12)。例如，在2D地震数据中，该数据包可以是带有X/Y值、幅值、和Z值的地震测线，其中幅值代表在步骤9中确定的颜色值。在另一个例子中，3D层位数据包可以是带有X，Y，Z值的层位，其中Z代表在步骤9中确定的色值。

将数据发送给解释应用

为了将数据结构发送给解释应用(步骤13)，该方法30在保持原始数字图像的质量和细节的同时迅速地将数字图像引入解释应用中，有效地从二维数据创建可以在三维中观看的环境。

图2例示了本发明的另一个实施例的流程图，其中将数据(在图中和本文中称为层位数据)转换成地震数据40，使具有X，Y，Z点的数据结构能够转换成具有X，Y，Z和幅值点的3D地震立方体，以便将地震片发送给解释应用。用户输入每个层位和期望‘Z’值(步骤14)，包括层位的名称和编号以及它应该出现在最终地震立方体中的时间或深度。对应该包含在最终立方体中的所有层位都这样做。用户还输入最终立方体名称、格式和模式(时间或深度)。这种信息基于用户偏好，可以包括基于数据的现有知识的推论。由计算机确定最小取样率(步骤15)。计算机针对每个层位审视用户提交的Z值，并计算每个之间的距离(时间或深度)。该取样率变成所有层位共同的最高可能值(即，最大公因子)。例如，如果用户提交100ms，200ms和300ms的Z值，则该立方体的取样率将是100ms。这种选择保证了在立方体中的所有点上都有数据。如果用户提交100ms，104ms，200ms，300ms的值，则该立方体的取样率将是4ms。因为在过了104ms之后的4ms间隔上没有数据要显示，所以那些样本将是空白区。取决于数据的使用，这可能比跨过较大间隙延伸的数据更合乎需要。应该懂得，在取样算法引入许多空白区的情况下，可以应用压缩来降低存储要求。

对于每个层位，将扫描线复制到水平图像(步骤16)。三维层位和地震测线两者都可以是，例如，光栅图像。图像数据通常从左到右，从上到下(左到右上到下)地存储以便于迅速显示。地震数据(如果被认为是图像)可以上到下左到右或上到下右到左地存储。当在计算机上显示地震数据时，通常将数据从上到下(xxxx)转换成左到右上到下。扫描线是图像的数据或子集的左到右/右到左行或上到下/下到上列。同样的概念一般适用于层位。可以将水平图像转置成垂直图像(步骤17)，例如，通过使用线性代数中的矩阵转置。对于每次垂直扫描，创建新的地震道(步骤18)。对偏移扫描重复步骤16-18，直到处理了整个图像(步骤19)。收集在步骤16-18中确定的元素，并取决于用户输入，根据输出的数据的类型，举例来说，.bri或.3dv文件，将它们打包成三维地震数据结构(步骤20)。

虽然上文的实施例和例子是结合利用本发明将地震数据的数字图像引入地质解释应用中来描述的，但对于本领域技术人员来说，显而易见，本文所述的创新概念可以应用于工作在多维中并需要将数字图像并入它的商用解释应用中的任何领域，例如，医学成像、建筑、计算机辅助画图、施工、政府、城市规划、法律(犯罪现场的模型)以及许多其它方面。

在本发明的一个实施例中，将数字图像转换成与需要图像的解释应用兼容的不同数据结构。

图3示意性地例示了可以实现本文所述的各种技术的实施例的计算机网络84的例子。计算机网络84可以包括可以实现成任何传统个人计算机或服务器的数据处理系统或计算机系统88。但是，本领域技术人员应该懂得，本文所述的各种技术的实现可以在其它计算机系统配置中进行，包括超文本传输协议(HTTP)服务器、手持装置、多处理器系统、基于微处理器或可编程消费类电子产品、网络PC、小型计算机、Linux计算机、大型计算机等。

具有至少一个处理器的计算机系统88与可以是外部硬盘存储装置的盘存储体或存储装置86和96电子通信。可以设想，盘存储装置86和96是传统硬盘驱动器，这样，可以通过局域网或通过远程访问来实现。当然，如果需要的话，盘也可以用于存储任何和所有程序指令、测量数据和结果。

在一种实现中，可以将代表物理对象的数字图像数据作为存储介质存储在盘存储装置96中。计算机系统88可以从盘存储装置96中检索适当数据，以便根据与本文所述的各种技术的实现相对应的程序指令处理该数据。程序指令可以用像C++、Java等那样的计算机编程语言写成。可以将程序指令存储在像程序盘存储装置86那样的计算机可读介质中。这样的计算机可读介质可以包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质可以包括以任何方法或技术实现以存储像计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据那样的信息的易失性和非易失性、以及可移除式和不可移除式介质。计算机存储介质可以进一步包括RAM、ROM、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪速存储器或其它固态存储技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其它光存储体、磁盒、磁带、磁盘存储体或其它磁存储装置、或可以用于存储期望信息并可以被计算系统88访问的任何其它介质。通信介质可以以像载波那样的调制数据信号或其它传输机制实施计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据，并且可以包括任何信息传送介质。术语“调制数据信号”可以指具有以将信息编码在信号中的方式设置或改变的一种或多种特性的信号。举例来说，但非局限性的，通信介质可以包括像有线网络或直接有线连接那样的有线介质，和像声、RF、红外线和其它无线介质那样的无线介质。上面所列的任何组合也可以包括在计算机可读介质的范围内。

在一种实现中，计算机系统88可以包括像图形显示器90和键盘92那样的图形用户接口(GUI)部件，键盘92可以包括定位装置(例如，鼠标、跟踪球等，未示出)，以便能够进行交互操作。GUI部件既可以用于显示数据和处理后数据产物，又可以使用户从实现本方法的各个方面的选项中作出选择。计算机系统88可以将上述方法的结果存储在盘存储体86上，供以后使用和进一步分析。

计算机系统88可以处在远离数据获取区域或处理设施(未示出)的数据中心上。计算机系统88可以与数据获取接收器(直接或经由记录单元，未示出)通信，接收指示地下岩石结构的岩石物理性质的信号。这些信号在传统格式化和其它初始处理之后可以由计算机系统88存储在盘存储体96中作为数字数据，供以后以如上所述的方式检索和处理用。虽然图3将盘存储体96例示成直接与计算机系统88连接，还可以设想，盘存储装置96可以通过局域网或通过远程访问来访问。而且，虽然盘存储装置86和96被例示成存储输入数据和分析结果的分立装置，但本领域技术人员完全可以理解，盘存储装置86和96可以实现在单个盘驱动器(一起或分开)中，或以任何其它传统方式实现。

虽然在上文的说明书中结合本发明的某些优选实施例对本发明作了描述，并且为了例示的目的给出了许多细节，但对于本领域技术人员来说很明显的，可以对本发明作出变更，并且可以不偏离本发明的基本原理地大幅值改变本文所述的某些其它细节。本文引用的所有专利和出版物以不与本文相抵触的程度通过引用并入本文中。

Claims (14)

1.一种用于将数字图像转换成多维地理参考数据结构的计算机实现的方法，该方法包含：

以计算机可读格式将准备好的数字图像存储在计算机可读介质上；

为该准备好的数字图像定义包含多个值的色图；

为该准备好的数字图像定义几何和位置值；以及

通过使用计算机根据色图中最接近的匹配对数字图像中的每个像素指定一个值，和根据所述几何和位置值指定计算机内插几何和位置值，来创建多维地理参考数据结构以便进行解释，其中该多维地理参考数据结构包括层位数据，并且该层位数据被进一步转换到地震应用以便创建3维地震数据结构。

2.如权利要求1所述的计算机实现的方法，还包括：将该多维地理参考数据结构发送给解释应用。

3.如权利要求1所述的计算机实现的方法，其中该层位数据包括以多种取样率取样的数据，并且层位数据的取样率是根据多种取样率的最大公因子确定的。

4.如权利要求1所述的计算机实现的方法，其中转换该层位数据进一步包含：

扫描层位数据的行以生成水平图像；

转置水平图像以生成垂直图像；

为垂直图像的多个垂直扫描的每一个创建地震道；以及

组合地震道以生成3维地震数据结构。

5.如权利要求1所述的计算机实现的方法，其中定义色图进一步包含定义多种用户定义的颜色和在所选颜色空间内在用户定义的颜色之间自动插值。

6.如权利要求1所述的计算机实现的方法，其中指定几何和位置值进一步包含接受多个几何和位置值的用户输入，并自动内插其余值。

7.如权利要求1所述的计算机实现的方法，其中准备好的数字图像包含与地质数据有关的图像数据。

8.一种用于将数字图像转换成多维地理参考数据结构的计算机实现的系统，包含：

用于以计算机可读格式将准备好的数字图像存储在计算机可读介质上的装置；

用于为该准备好的数字图像定义包含多个值的色图的装置；

用于为该准备好的数字图像定义几何和位置值的装置；以及

用于根据色图中最接近的匹配对数字图像中的每个像素指定一个值，和根据所述几何和位置值指定计算机内插几何和位置值，来创建多维地理参考数据结构以便进行解释的装置，其中该多维地理参考数据结构包括层位数据，并且该层位数据被进一步转换到地震应用以便创建3维地震数据结构。

9.如权利要求8所述的计算机实现的系统，还包括用于将该多维地理参考数据结构发送给解释应用的装置。

10.如权利要求9所述的计算机实现的系统，其中该层位数据包括以多种取样率取样的数据，并且层位数据的取样率是根据多种取样率的最大公因子确定的。

11.如权利要求9所述的计算机实现的系统，其中用于转换该层位数据的装置进一步包含：

用于扫描层位数据的行以生成水平图像的装置；

用于转置水平图像以生成垂直图像的装置；

用于为垂直图像的多个垂直扫描的每一个创建地震道的装置；以及

用于组合地震道以生成3维地震数据结构的装置。

12.如权利要求8所述的计算机实现的系统，其中用于定义色图的装置进一步包含用于定义多种用户定义的颜色和在所选颜色空间内在用户定义的颜色之间自动插值的装置。

13.如权利要求8所述的计算机实现的系统，其中用于指定几何和位置值的装置进一步包含用于接受多个几何和位置值的用户输入，并自动内插其余值的装置。

14.如权利要求8所述的计算机实现的系统，其中准备好的数字图像包含与地质数据有关的图像数据。