CN104063899A - 一种岩心保形三维重建方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种岩心保形三维重建方法。它是通过校准后的量测相机多角度拍摄，从而获取岩心外形的全息图像信息，然后根据密集曲面建模技术，借助高性能计算机对图像进行扫描分析，进而获取岩心表面的高密度点云。通过对点云的有效甄别，完成岩心表面的网格化及自动填充，从而完成岩心的三维重建。本方法相对于传统岩心表征方法，可以瞬时间获取原状岩心大量的三维信息，且对岩心形状无选择性，无需特殊处理，很好地保持了岩心的原状性，成本低廉，操作便捷，自动化程度高，可在取心现场展开实地定量分析，有效弥补了现有方法的不足，本方法高效快速、成本低廉、精准可靠。

Description

一种岩心保形三维重建方法

技术领域

本发明涉及一种岩心保形三维重建方法，特别是主要用于地质、油气、工程、有色、煤炭等领域的勘探工作中对原状岩心进行特征表述的一种三维重建方法。

背景技术

岩心是表征地面以下不同深度或者同一深度不同位置地层的样品，是地质调查、油气探查、矿产勘探、工程勘察的主要研究对象，因此，对原状岩心进行特征表述极为重要。现有的表征方法主要采用现场岩心编录和后期岩心扫描的方法。

现场岩心编录主要是通过肉眼观察，辅以放大镜等设备对岩心的几何形状、粒径尺寸、矿物类型、裂隙类型、样品颜色等进行定性描述并记录，该方法耗时较长，难以实现定量表征。

后期岩心扫描主要是对处理后的岩心进行图像采集，根据平面图像完成岩心的识别。由于该方法是在岩心经过搬运、切割、液洗等过程之后展开的，所以难以保持岩心的原状特征，而且该方法在人员、设备投入较大，不适用现场岩心的快速特征表述。

发明内容

本发明的目的就是提供一种高效快速、成本低廉、精准可靠，能有效解决上述问题的一种岩心保形三维重建方法。

本发明的技术方案是通过以下途径实现的，一种岩心保形三维重建方法，它是通过校准后的量测相机多角度拍摄，从而获取岩心外形的全息图像信息，然后根据密集曲面建模技术，借助高性能计算机对图像进行扫描分析，进而获取岩心表面的高密度点云，通过对点云的有效甄别，完成岩心表面的网格化及自动填充，从而完成岩心的三维重建，具体步骤如下：包括以下步骤：第一步：选取所需重建的岩心体，放于水平位置；第二步：采用经过校准的量测相机，以岩心为圆心，沿着圆周方向变换拍摄的位置，分别获取同一焦距、不同拍摄角度下的岩心图像；第三步：采用密集曲面建模技术对第二步获取的图像通过在岩心表面生成高密度的点云对所需重建的岩心进行扫描分析；第四步、利用噪点剔除的处理方法，排除第三步中获取的高密度的点云中无用点云的影响，获取表征岩心三维形状的特征点云，并进行数字标记；第五步、对第四步获取的特征点云进行网格化处理，然后对网格进行填充，形成符合真实岩心形状的三维数字化重建模型。

本发明通过校准后的量测相机进行多角度拍摄，从而获取岩心外形的图像信息，然后根据密集曲面建模技术，借助高性能计算机对图像进行扫描分析，进而获取岩心表面的高密度点云，通过对点云的有效甄别，完成岩心表面的网格化及自动填充，从而完成岩心的三维重建，用以进一步的微观计算分析。

本方法相对于传统岩心表征方法，可以瞬时间获取原状岩心大量的三维信息，且对岩心形状无选择性，无需特殊处理，很好地保持了岩心的原状性，成本低廉，操作便捷，自动化程度高，可在取心现场展开实地定量分析，有效弥补了现有方法的不足。本方法高效快速、成本低廉、精准可靠。

附图说明

图1为本发明流程示意图。

图2为本发明岩心与量测相机设置示意图。

图3、图4为本发明岩心表面点云示意图。

图5、图6为本发明岩心表面网格化示意图。

图7为本发明岩心体重建后的三维模型示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。

一种岩心保形三维重建方法，它是通过校准后的量测相机多角度拍摄，从而获取岩心外形的全息图像信息，然后根据密集曲面建模技术，借助高性能计算机对图像进行扫描分析，进而获取岩心表面的高密度点云，通过对点云的有效甄别，完成岩心表面的网格化及自动填充，从而完成岩心的三维重建，具体步骤如下：包括以下步骤：第一步：选取所需重建的岩心体，放于水平位置；第二步：采用经过校准的量测相机，以岩心为圆心，沿着圆周方向变换拍摄的位置，分别获取同一焦距、不同拍摄角度下的岩心图像；第三步：采用密集曲面建模技术对第二步获取的图像通过在岩心表面生成高密度的点云对所需重建的岩心进行扫描分析；第四步、利用噪点剔除的处理方法，排除第三步中获取的高密度的点云中无用点云的影响，获取表征岩心三维形状的特征点云，并进行数字标记；第五步、对第四步获取的特征点云进行网格化处理，然后对网格进行填充，形成符合真实岩心形状的三维数字化重建模型。

在本发明的第一步中，对岩心无需特殊处理，对岩心的形状也没有特定要求。

在本发明的第二步中，拍摄点的位置均布在以岩心为圆心的圆周上，拍摄点与岩心的距离小于等于5米，不同拍摄点的间隔角度小于等于10度，同时，拍摄时获取的岩心图像占据画面的一半以上；在不同拍摄位置获取的岩心图像信息应该包括岩心表面的所有几何特征。

量测相机的焦距在对岩心拍摄过程中保持不变。

本发明还可在岩心周围不同拍摄位置上设置多部同一型号的量测相机，采用相同焦距，多点同时拍摄，获取一组岩心图像信息。

本发明中采用的量测相机为经过室内校准的专业量测相机与非专业量测相机。

本发明可在短时间内可完成大量原状岩心的三维重建，通常10分钟可以完成一个岩心的三维重建。

本发明对岩心的形状没有特定要求，岩心也无需进行特殊处理，以保证岩心的原状三维特征。可选取从岩心管取出后的新鲜岩心，避免放入岩心箱过程中产生的人为干扰。作为优选方案，依据取心钻进的目的，可对储层位置的岩心进行加密分析，通过减少现场分析样品，从而实现储层岩心的有效定量表征。

采用的量测相机需经过前期校准，且校准的焦距同拍摄的焦距应保持一致。在拍摄范围内无其它明显物体进入视野范围内，以保证岩心能够最大范围填充图像的幅面。为了提高图像的质量，可选择三角支架与遥控设备对量测相机进行固定和操控，避免手持抖动的影响。在同一拍摄位置进行图像采集时，量测相机的高度与俯仰角可根据操作者的习惯进行灵活调整。

不同拍摄位置的数量越多，岩心的图像信息越丰富，生成的点云越密集，重建的三维模型体就更准确。为了提高重建精度，相邻拍摄位置的夹角可选择在10°以内，并按照闭合“O”型轨迹进行往复拍摄，即：以“O”型上任意一点作为起始点，分别向任意一侧移动，到达该点后再向反方向移动，最后返回至该点。

岩心图像通过高性能计算机进行扫描分析，响应时间同图像数量及点云数量成反比。高密度点云可通过计算机自动分配数字加以区分，以表征岩心不同位置的空间信息。高密度点云可通过模型标记与图像显示同时进行直观表征。对于多余的干扰点，可手动进行剔除。

岩心表面的网格化是采用计算机对有效高密度点云进行构架，网格形状以四边形和三角形进行呈现。点云越密集，单体网格面积越小，网格化程度越高，网格填充越圆滑；反之，网格填充较为粗糙。

重建后的岩心三维模型具有高度的数字化特征，便于后期的进一步微观研究，且可生成多种形式三维数据，并可与数据分析软件有效兼容，从而形成比较直观的定量分析。作为优化技术方案，可对储层位置的岩心进行局部数据分析，以获取目的层岩心的三维原状特征。

本发明通过校准后的量测相机多角度拍摄，从而获取岩心外形的图像信息，然后根据密集曲面建模技术，借助高性能计算机对图像进行扫描分析，进而获取岩心表面的高密度点云。通过对点云的有效甄别，完成岩心表面的网格化及自动填充，从而完成岩心的三维重建，用以进一步的微观计算分析。本方法相对于传统岩心表征方法，可以瞬时间获取原状岩心大量的三维信息，且对岩心形状无选择性，无需特殊处理，很好地保持了岩心的原状性，成本低廉，操作便捷，自动化程度高，可在取心现场展开实地定量分析，有效弥补了现有方法的不足。本方法高效快速、成本低廉、精准可靠。

本发明并不局限于上述实施方式，在不违背本发明的前提下还可作出等同变形或者替换，这些等同变形或者替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种岩心保形三维重建方法，其特征在于，它是通过校准后的量测相机多角度拍摄，从而获取岩心外形的全息图像信息，然后根据密集曲面建模技术，借助高性能计算机对图像进行扫描分析，进而获取岩心表面的高密度点云，通过对点云的有效甄别，完成岩心表面的网格化及自动填充，从而完成岩心的三维重建，具体步骤如下：

第一步：选取所需重建的岩心体，放于水平位置；

第二步：采用经过校准的量测相机，以岩心为圆心，沿着圆周方向变换拍摄的位置，分别获取同一焦距、不同拍摄角度下的岩心图像；

第三步：采用密集曲面建模技术对第二步获取的图像通过在岩心表面生成高密度的点云对所需重建的岩心进行扫描分析；

第四步、利用噪点剔除的处理方法，排除第三步中获取的高密度的点云中无用点云的影响，获取表征岩心三维形状的特征点云，并进行数字标记；

第五步、对第四步获取的特征点云进行网格化处理，然后对网格进行填充，形成符合真实岩心形状的三维数字化重建模型。

2.根据权利要求1所述的一种岩心保形三维重建方法，其特征在于：所述的第一步中，对岩心无需特殊处理，对岩心的形状也没有特定要求。

3.根据权利要求1所述的一种岩心保形三维重建方法，其特征在于，所述的第二步中，拍摄点的位置均布在以岩心为圆心的圆周上，拍摄点与岩心的距离小于等于5米，不同拍摄点的间隔角度小于等于10度，同时，拍摄时获取的岩心图像占据画面的一半以上。

4.根据权利要求1所述的一种岩心保形三维重建方法，其特征在于，在不同拍摄位置获取的岩心图像信息应该包括岩心表面的所有几何特征。

5.根据权利要求1所述的一种岩心保形三维重建方法，其特征在于，所述的量测相机的焦距在对岩心拍摄过程中保持不变。

6.根据权利要求1所述的一种岩心保形三维重建方法，其特征在于，还可在岩心周围不同拍摄位置上设置多部同一型号的量测相机，采用相同焦距，多点同时拍摄。

7.根据权利要求1所述的一种岩心保形三维重建方法，其特征在于，所述的量测相机为经过室内校准的专业量测相机与非专业量测相机。