CN103698333A - 一种自动定量分析煤岩光片裂隙的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动定量分析煤岩光片裂隙的系统和方法，涉及煤能源开发技术领域，旨在提供一种操作简便、分析快捷、测试结果更加精确的自动定量分析煤岩光片裂隙的系统和方法，所述系统包括显微镜自动平台控制系统和显微图像分析系统；所述方法的步骤包括：将显微镜自动平台控制系统和显微图像分析系统链接荧光显微镜；调整荧光显微镜；定标设置；图像的全景扫描与采集；图像参数设置；煤岩光片裂隙统计处理分析。本发明是将显微镜自动平台控制系统和显微图像分析系统链接荧光显微镜，这样测试结果将更精确，不存在裂隙重复统计的情况。该方法操作简便，分析快捷，减少了人工耗时，增加了分析项目，剔除了人为误差，使得测试结果更加丰富精确。
Description
技术领域
本发明涉及能源开发技术领域，特别是一种自动定量分析煤岩光片裂隙的系统和方法。
背景技术
煤中的裂隙常被统称为割理，它是煤层气渗流的主要通道，裂隙的发育程度直接控制煤储层的渗透率，关系到煤层气井产能的大小，因此对煤岩裂隙的定量表征是煤储层物性研究的一个重要组成部分。前人对煤岩裂隙测量统计的主要方法是：首先将煤岩样品抛光制作成规格为30mm×30mm煤岩光片，然后在显微镜下将该煤岩光片划分成10mm×10mm的9个微区，分别将每个微区内出现的裂隙按以下4种类型进行人工统计加权而得。
在长期显微镜观察裂隙的实践工作中，我们发现在反射光显微镜下不能清楚地区别煤岩光片中的裂隙或划道，容易将因制片而产生的划道当成裂隙统计，导致错误结果。同时，这种现有的煤岩裂隙测量统计方法分析工作繁琐，人工耗时量大，镜下观察时需要人工移动样品以切换到下一个视域。而且裂隙统计结果信息量小，分析项目有限，难以满足煤储层物性参数精细定量表征的需要。同时，仪器操作及人为主观判断对测试结果有很大影响，可能导致煤岩裂隙统计结果的人为误差。因此，这种对煤岩裂隙的表征方法存在着很大的局限性和不精确性，亟需改进和替代。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明要解决的技术问题是：提供一种操作简便、分析快捷、减少人为误差、测试结果更加精确的自动定量分析煤岩光片裂隙的系统和方法。
本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：一种自动定量分析煤岩光片裂隙的系统，包括显微镜自动平台控制系统和/或显微图像分析系统；
所述显微镜自动平台控制系统包括电源控制器、显微镜、CCD、计算机和自动载物台控制器，所述电源控制器控制显微镜和计算机，所述显微镜自动载物台控制器控制自动扫描台，通过CCD保存数据并将数据传输给计算机，计算机软件对数据进行处理。
所述显微镜自动平台控制系统包括以下几个区域：工具栏区、图像显示区、平台控制及坐标点区；
其中，所述工具栏区包括图像采集的前期参数设置和定标设置，以及活动图像的打开、冻结、保存和全屏显示；图像显示区显示动态图像及当前保存的静态图像；
所述平台控制包括控制平台的移动方式、移动速度以及移动步距，所述坐标点区能够显示平台的当前状态及当前图像所对应的坐标点；
利用该系统实现样品表面的全景扫描的过程如下：获取起始和终止位置，确定平台的移动速度，开始扫描，扫描的走向为从左到右，即X起始到X终止，从上到下，即Y起始到Y终止，每一步都采集视域下的一个图像，然后将每个小的图像进行拼接，最终得到一个完整的图像。
所述显微图像分析系统包括显微镜下的图像显示、图像处理和图像分析；
所述图像显示包括图像的打开、保存和关闭，以及图像的放大、缩小与定倍显示；
所述图像处理包括亮度、对比度、色度、饱和度、反像显示、图像旋转与阴影校正；
所述图像分析包括图像的灰度直方图的制作、二值化分析、微粒的清除、线的连接和切割以及线条和微粒的手动添加和删除；
所述图像分析系统包括自动扫描台、CCD，所述自动扫描台和CCD获取图像之后，进行图像的处理和分析测量，获得结果及报告及进行加载标尺标注后，进行保存。
通过该系统，能够实现图像的直观显示及分析处理、数据的整理归类和对比分析，最终得到煤岩光片裂隙条数、长度、宽度、面积和周长，达到煤岩光片裂隙自动定量表征的目的。
所述图像显示区，在这个区域上移动鼠标上的滚轮能够调节平台移动的速度，用鼠标进行拖动操作，在平台移动过程中，能单击右键停止平台的移动或暂停连续移动。
一种自动定量分析煤岩光片裂隙的方法，具体步骤如下：
（1）将显微镜自动平台控制系统和显微图像分析系统链接荧光显微镜；
（2）调整荧光显微镜：将煤岩光片粘到载玻片上，压平后，放到载物台上，选择放大倍数，调试荧光显微镜对焦，使荧光显微镜下的图片清晰可辨；
（3）定标设置：打开荧光显微镜自动平台控制系统，进行图像采集的定标设置；
（4）图像的全景扫描与采集：选择图像起点——右上角，使该点置零，通过平台控制移动载物台，选择终点——左下角，然后显示平台框架，在平台框架内进行图像扫描、拼接，最终得到一个完整的图像；
（5）图像参数设置：打开显微图像分析系统，在系统中打开拼接好的完整图像，进行图像的参数设置，调节色彩、对比度、饱和度，使得图像清晰，便于后期图像处理；
（6）煤岩光片裂隙统计处理分析：首先进行图像色彩分割，选择灰度，进行二值化，将煤岩基质和裂隙分割开来；然后清除微粒，去除非裂隙部分——孔隙带来的误差，同时手动删除、或者连接裂隙以降低自动统计的误差；手动测量裂隙，图像上裂隙会显示出不同的颜色，便于区分；最后对光片上的所有裂隙进行汇总统计；
所述煤岩光片的规格为30mm×30mm。
所述煤岩光片放到载物台上时，煤岩光片的一边要与载物台的边缘平行。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明是将显微镜自动平台控制系统和显微图像分析系统链接荧光显微镜，这是因为煤岩光片上长短各异的裂隙完全被胶体充填，而胶体具有荧光显示，则在荧光下可以清晰地辨认各类型裂隙。使用显微镜自动平台控制系统控制荧光显微镜载物台的移动方向和距离，完成显微镜下图像的视域自动转换以及图像的全景扫描及采集；同时利用显微图像分析系统将显微镜下的图像显示在计算机显示器上，然后进行处理和分析，最终实现煤岩光片裂隙的自动定量表征，且可分析的裂隙参数增多，统计结果中不仅包括裂隙的条数、长度和宽度，还增加了裂隙周长，面积以及每条裂隙面积所占的比例等参数。针对有些裂隙贯穿几个微区，存在重复统计的可能性，发明首先利用计算机图像全景扫描技术，得到一个完整的煤岩光片图像之后，再进行图像处理。这样测试结果将更加精确，不存在裂隙重复统计的情况。该方法操作简便，分析快捷，减少了人工耗时，增加了分析项目，剔除了人为误差，使得测试结果更加丰富精确。
附图说明
以下结合附图来具体说明本发明所述的一种自动定量分析煤岩光片裂隙的系统。
图1是显微镜自动平台控制系统的结构示意图；
图2是显微图像分析系统的结构示意图。
具体实施方式
本发明采用的原理如下：本发明是将显微镜自动平台控制系统和/或显微图像分析系统链接荧光显微镜，使用显微镜自动平台控制系统控制荧光显微镜载物台的移动方向和距离，完成显微镜下图像的视域自动转换以及图像的全景扫描及采集；同时利用显微图像分析系统将显微镜下的图像显示在计算机显示器上，然后进行处理和分析，最终实现煤岩光片裂隙的自动定量表征。
显微镜自动平台控制系统包括以下几个区域：工具栏区、图像显示区、平台控制及坐标点区；其中，所述工具栏区包括图像采集的前期参数设置和定标设置，以及活动图像的打开、冻结、保存和全屏显示；图像显示区显示动态图像及当前保存的静态图像，在这个区域上移动鼠标上的滚轮能够调节平台移动的速度，用鼠标进行拖动操作，在平台移动过程中，能单击右键停止平台的移动或暂停连续移动；所述平台控制包括控制平台的移动方式、移动速度以及移动步距，所述坐标点区能够显示平台的当前状态及当前图像所对应的坐标点；使用该系统，可以实现样品表面的全景扫描，只要获取起始和终止位置，确定平台的移动速度，然后开始扫描，扫描的走向为从左到右，即X起始到X终止，从上到下，即Y起始到Y终止，每一步都采集视域下的一个图像，然后将每个小的图像进行拼接，最终得到一个完整的图像。
所述显微镜自动平台控制系统包括电源控制器、显微镜、CCD、计算机和自动载物台控制器，所述电源控制器控制显微镜和计算机，所述显微镜自动载物台控制器控制自动扫描台，通过CCD保存数据并将数据传输给计算机，计算机软件对数据进行处理。
显微图像分析系统包括显微镜下的图像显示、图像处理和图像分析；所述图像显示包括图像的打开、保存和关闭，以及图像的放大、缩小与定倍显示；所述图像处理包括亮度、对比度、色度、饱和度、反像显示、图像旋转与阴影校正；所述图像分析包括图像的灰度直方图的制作、二值化分析、微粒的清除、线的连接和切割以及线条和微粒的手动添加和删除；通过该系统，能够实现图像的直观显示及分析处理、数据的整理归类和对比分析，最终得到煤岩光片裂隙条数、长度、宽度、面积和周长，达到煤岩光片裂隙自动定量表征的目的。
所述图像分析系统包括自动扫描台、CCD，所述自动扫描台和CCD获取图像之后，进行图像的处理和分析测量，获得结果及报告及进行加载标尺标注后，进行保存。
利用上述系统进行自动定量分析煤岩光片裂隙的方法，具体步骤如下：
（1）调整荧光显微镜：将规格为30mm×30mm的煤岩光片粘到载玻片上，压平后，放到载物台上，煤岩光片的一边要与载物台的边缘平行。选择放大倍数，调试荧光显微镜对焦，使荧光显微镜下的图片清晰可辨。
（2）定标设置：打开荧光显微镜自动平台控制系统，进行图像采集的定标设置。由于计算机上的图像是通过显微镜光电转换后得到的，通常情况下与显微镜下观察到的图像倍数偏大，这就需要对系统进行校准，以便设置好的定标系数能与对应的显微镜物镜匹配使用。
（3）图像的全景扫描与采集：选择图像起点——右上角，使该点置零，通过平台控制移动载物台，选择终点——左下角，然后显示平台框架，在平台框架内进行图像扫描、拼接，最终得到一个完整的30mm×30mm的图像。
（4）图像参数设置：打开显微图像分析系统，在系统中打开拼接好的完整图像，进行图像的参数设置，调节色彩、对比度、饱和度，使得图像清晰，便于后期图像处理。
（5）煤岩光片裂隙统计处理分析：首先进行图像色彩分割，选择灰度，进行二值化，将煤岩基质和裂隙分割开来；然后清除微粒，去除非裂隙部分——孔隙带来的误差，同时能够手动删除、或者连接一些裂隙以降低自动统计的误差；还能够手动测量典型裂隙，图像上裂隙会显示出不同的颜色，便于区分；最后对光片上的所有裂隙进行汇总统计。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (7)
1.一种自动定量分析煤岩光片裂隙的系统，包括显微镜自动平台控制系统和/或显微图像分析系统；
所述显微镜自动平台控制系统包括电源控制器、显微镜、CCD、计算机和自动载物台控制器，所述电源控制器控制显微镜和计算机，所述显微镜自动载物台控制器控制自动扫描台，通过CCD保存数据并将数据传输给计算机，计算机软件对数据进行处理。
2.根据权利要求1所述的自动定量分析煤岩光片裂隙的系统，所述显微镜自动平台控制系统包括以下区域：工具栏区、图像显示区、平台控制及坐标点区；所述工具栏区包括图像采集的前期参数设置和定标设置，以及活动图像的打开、冻结、保存和全屏显示；图像显示区显示动态图像及当前保存的静态图像；所述平台控制包括控制平台的移动方式、移动速度以及移动步距，所述坐标点区能够显示平台的当前状态及当前图像所对应的坐标点。
3.根据权利要求1所述的自动定量分析煤岩光片裂隙的系统，所述显微图像分析系统包括自动扫描台、CCD，所述自动扫描台和CCD获取图像之后，进行图像的处理和分析测量，获得结果及报告及进行加载标尺标注后，进行保存。
4.根据权利要求1所述的自动定量分析煤岩光片裂隙的系统，所述显微图像分析系统包括显微镜下的图像显示、图像处理和图像分析；所述图像显示包括图像的打开、保存和关闭，以及图像的放大、缩小与定倍显示；所述图像处理包括亮度、对比度、色度、饱和度、反像显示、图像旋转与阴影校正；所述图像分析包括图像的灰度直方图的制作、二值化分析、微粒的清除、线的连接和切割以及线条和微粒的手动添加和删除。
5.根据权利要求1所述的自动定量分析煤岩光片裂隙的系统，所述图像显示区，在这个区域上移动鼠标上的滚轮调节平台移动的速度，用鼠标进行拖动操作，在平台移动过程中，单击右键停止平台的移动或暂停连续移动。
6.一种自动定量分析煤岩光片裂隙的方法，具体步骤如下：
（1）将显微镜自动平台控制系统和显微图像分析系统链接荧光显微镜；
（2）调整荧光显微镜：将煤岩光片粘到载玻片上，压平后，放到载物台上，选择放大倍数，调试荧光显微镜对焦；
（3）定标设置：打开荧光显微镜自动平台控制系统，进行图像采集的定标设置；
（4）图像的全景扫描与采集：选择图像起点——右上角，使该点置零，通过平台控制移动载物台，选择终点——左下角，然后显示平台框架，在平台框架内进行图像扫描、拼接，得到一个完整的图像；
（5）图像参数设置：打开显微图像分析系统，在系统中打开拼接好的完整图像，进行图像的参数设置，调节色彩、对比度、饱和度，使得图像清晰，便于后期图像处理；
（6）煤岩光片裂隙统计处理分析：首先进行图像色彩分割，选择灰度，进行二值化，将煤岩基质和裂隙分割开来；然后清除微粒，去除非裂隙部分——孔隙带来的误差，同时手动删除、或者连接裂隙以降低自动统计的误差；手动测量裂隙，图像上裂隙会显示出不同的颜色，便于区分；最后对光片上的所有裂隙进行汇总统计。
7.根据权利要求3所述的自动定量分析煤岩光片裂隙的方法，所述煤岩光片放到载物台上时，煤岩光片的一边要与载物台的边缘平行。
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