CN104112276A - 岩石ct扫描图像的配准校正方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岩石CT扫描图像的配准校正方法，该方法包括：在岩石端面上做标记；对岩石进行CT扫描，在扫描图像上查找岩石端面上的标记点并记录标记点的位置；再次对岩石进行CT扫描，在扫描图像上查找岩石端面上的标记点并记录标记点的位置；利用坐标变换将后一次扫描图像上标记点的位置变换为前一次扫描图像上标记点的位置，并对应的将后一次扫描图像上的全部矩阵点位置进行坐标旋转平移变换。采用本发明可以使多次扫描过程中岩石图像“对准”，有利于提高后续分析结果的精度和可靠性。

Description

岩石CT扫描图像的配准校正方法及装置

技术领域

本发明涉及岩心分析测试技术领域，尤其涉及岩石CT扫描图像的配准校正方法及装置。

背景技术

近年来，CT(电子计算机X射线断层扫描)技术已作为岩心分析中常规的测试技术，广泛应用于岩心描述、岩心的非均质性测定、岩心样品选择、裂缝定量分析、在线饱和度的测量、流动实验研究等多个方面。

利用CT技术对岩石及内部流体的一些物性参数进行定性及定量表征，常涉及同一岩样前后多种状态下图像的对比；例如计算岩石的孔隙度，通常需要双次扫描法，即干岩石扫描后再将岩石100％饱和液体后扫描，同时通过下式进行计算：

$\mathrm{\Φ}=\frac{{\mathrm{CT}}_{\mathrm{wet}}-{\mathrm{CT}}_{\mathrm{dry}}}{{\mathrm{CT}}_{\mathrm{liquid}}-{\mathrm{CT}}_{\mathrm{air}}};$

CT_wet-岩石饱和液体后的CT值；

CT_dry-干岩石的CT值；

CT_air-空气的CT值；

CT_liquid-饱和液体的CT值；

Φ-岩石的孔隙度，％。

而计算岩石内流体的饱和度，通常需要三次扫描，即干岩石，饱和100％液体岩石及需要确定流体饱和度状态下的岩石，同时通过下式计算：

$S_{\mathrm{oil}}=\frac{{\mathrm{CT}}_{\mathrm{water}}-{\mathrm{CT}}_{\mathrm{air}}}{{\mathrm{CT}}_{\mathrm{water}}-{\mathrm{CT}}_{\mathrm{oil}}}\·\frac{{\mathrm{CT}}_{\mathrm{waterwet}}-{\mathrm{CT}}_{\mathrm{dry}}}{{\mathrm{CT}}_{\mathrm{waterwet}}-{\mathrm{CT}}_x};$

$S_{\mathrm{water}}=1-\frac{{\mathrm{CT}}_{\mathrm{water}}-{\mathrm{CT}}_{\mathrm{air}}}{{\mathrm{CT}}_{\mathrm{water}}-{\mathrm{CT}}_{\mathrm{oil}}}\·\frac{{\mathrm{CT}}_{\mathrm{waterwet}}-{\mathrm{CT}}_{\mathrm{dry}}}{{\mathrm{CT}}_{\mathrm{waterwet}}-{\mathrm{CT}}_x};$

CT_waterwet-岩石100％饱和水后的CT值；

CT_dry-干岩石的CT值；

CT_air-空气的CT值；

CT_water-水的CT值；

CT_oil-油的CT值；

S_oil-含油饱和度，％；

S_water-含水饱和度，％。

在上述这些扫描过程中，岩石通常不能保持位置固定不变，需要将岩石从扫描床取下经过处理后再放置扫描床上进行下一次扫描。现有技术采用机械设计的定位装置结合红外线技术，可以保证岩石每次扫描时轴向位置相同；但由于岩心分析中常用的是圆柱形的岩石柱塞，在径向上很难保证每次扫描的位置没有偏差；另外一些不规则形状的岩石柱塞在多次扫描时也会产生径向上的位置偏移，因此在多次扫描过程中岩石图像不能“对准”，其直接影响后续分析结果的精度和可靠性。

发明内容

本发明实施例提供一种岩石CT扫描图像的配准校正方法，用以使多次扫描过程中岩石图像“对准”，有利于提高后续分析结果的精度和可靠性，该方法包括：

在岩石端面上做标记；

对岩石进行CT扫描，在扫描图像上查找岩石端面上的标记点并记录标记点的位置；

再次对岩石进行CT扫描，在扫描图像上查找岩石端面上的标记点并记录标记点的位置；

利用坐标变换将后一次扫描图像上标记点的位置变换为前一次扫描图像上标记点的位置，并对应的将后一次扫描图像上的全部矩阵点位置进行坐标旋转平移变换。

一个实施例中，在岩石端面上做标记，包括：

在岩石端面上选取至少三个点，分别用掺杂不同浓度增强剂的固化树脂或胶进行标记。

一个实施例中，所述至少三个点不在一条直线上，且每个点到岩石边缘的距离小于第一设定值，各点之间的距离大于第二设定值。

本发明实施例还提供一种岩石CT扫描图像的配准校正方法，用以使多次扫描过程中岩石图像“对准”，有利于提高后续分析结果的精度和可靠性，该方法包括：

在岩石CT扫描的图像上查找岩石端面上的标记点并记录标记点的位置；

在岩石再次CT扫描的图像上查找岩石端面上的标记点并记录标记点的位置；

利用坐标变换将后一次扫描图像上标记点的位置变换为前一次扫描图像上标记点的位置，并对应的将后一次扫描图像上的全部矩阵点位置进行坐标旋转平移变换。

一个实施例中，岩石端面上的标记点包括至少三个点，各点分别用掺杂不同浓度增强剂的固化树脂或胶进行标记。

一个实施例中，所述至少三个点不在一条直线上，且每个点到岩石边缘的距离小于第一设定值，各点之间的距离大于第二设定值。

本发明实施例还提供一种岩石CT扫描图像的配准校正装置，用以使多次扫描过程中岩石图像“对准”，有利于提高后续分析结果的精度和可靠性，该装置包括：

第一标记处理模块，用于在岩石CT扫描的图像上查找岩石端面上的标记点并记录标记点的位置；

第二标记处理模块，用于在岩石再次CT扫描的图像上查找岩石端面上的标记点并记录标记点的位置；

配准校正模块，用于利用坐标变换将后一次扫描图像上标记点的位置变换为前一次扫描图像上标记点的位置，并对应的将后一次扫描图像上的全部矩阵点位置进行坐标旋转平移变换。

一个实施例中，岩石端面上的标记点包括至少三个点，各点分别用掺杂不同浓度增强剂的固化树脂或胶进行标记。

一个实施例中，所述至少三个点不在一条直线上，且每个点到岩石边缘的距离小于第一设定值，各点之间的距离大于第二设定值。

本发明实施例中对岩石CT扫描图像进行配准校正，可以使多次扫描过程中岩石图像“对准”，有利于提高后续分析结果的精度和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。在附图中：

图1为本发明实施例中岩石CT扫描图像的配准校正方法流程图；

图2为本发明实施例中岩石断层面的CT扫描矩阵图像示例图；

图3为本发明实施例中岩石断层面的再次CT扫描矩阵图像及配准校正示例图；

图4为本发明实施例中岩石CT扫描图像的配准校正方法流程图；

图5为本发明实施例中岩石CT扫描图像的配准校正装置的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

发明人考虑到，CT扫描岩石的基本原理是：CT机内X射线管产生的X射线束从多个方向沿着物体某个选定的断层层面进行照射，通过测定透过的X射线量，数字化后经过计算得出该层面组织各单位体积的吸收系数，这些吸收系数可构成不同的数字矩阵；通过机内高速计算机进行数模转换，可以在屏幕上显示出来或拍成照片，重建的图像还能够给出每一个像素X射线衰减系数，通常用CT值表示。

简单来说，岩石经CT扫描后，形成的图像是个512×512个点的数字矩阵，每个矩阵点的值就是X射线衰减系数(即CT值)。利用CT扫描技术计算孔隙度、饱和度等参数，其实就是通过每个矩阵点的CT值在多次扫描前后的数学运算获取的。

基于上述原理，为了使多次扫描过程中岩石图像“对准”，有利于提高后续分析结果的精度和可靠性，本发明实施例中提供一种岩石CT扫描图像的配准校正方法。图1为本发明实施例中岩石CT扫描图像的配准校正方法流程图。如图1所示，本发明实施例中岩石CT扫描图像的配准校正方法可以包括：

步骤101、在岩石端面上做标记；

步骤102、对岩石进行CT扫描，在扫描图像上查找岩石端面上的标记点并记录标记点的位置；

步骤103、再次对岩石进行CT扫描，在扫描图像上查找岩石端面上的标记点并记录标记点的位置；

步骤104、利用坐标变换将后一次扫描图像上标记点的位置变换为前一次扫描图像上标记点的位置，并对应的将后一次扫描图像上的全部矩阵点位置进行坐标旋转平移变换。

图1所示流程岩石CT扫描图像的配准校正方法，通过岩石标记及图像校正处理方法，可实现岩石多次扫描图像的“对准”，具体可适用于各种形状的同一岩石经多次扫描后图像“对准”以提高后续分析结果的精度和可靠性。

具体实施时，在岩石端面上做标记可以包括：在岩石端面上选取至少三个点，分别用掺杂不同浓度增强剂的固化树脂或胶进行标记。实施例中该至少三个点不在一条直线上，且每个点到岩石边缘的距离小于第一设定值，各点之间的距离大于第二设定值。例如，尽量保证这个三个点靠近边缘且距离较远，且不能在一条直线上。在后续的实施例中以在岩心端面上选取三个点为例进行说明。

实施例中，对岩石进行CT扫描，在岩石经CT扫描后，在扫描图像上找到这三个点并记录位置。例如，当CT扫描图像是512×512个像素点，可以确定每个点的位置坐标，图2为本发明实施例中岩石断层面的CT扫描矩阵图像示例图，如图2所示，标记点分别为(X₁，Y₁)，(X₂，Y₂)，(X₃，Y₃)。由于三个点掺杂的增强剂浓度不同，每个点的CT值也不同(图2中CT₁≠CT₂≠CT₃)，需确定对应每个点。

实施例中，再次对岩石进行CT扫描，在岩石再次扫描后，在扫描图像上重新找到这三个点，图3为本发明实施例中岩石断层面的再次CT扫描矩阵图像及配准校正示例图，如图3所示，此时对应的位置坐标变为(X′₁，Y′₁)，(X′₂，Y′₂)，(X′₃，Y′₃)。利用坐标变换将这三个点位置坐标变为前一次扫描的(X₁，Y₁)，(X₂，Y₂)，(X₃，Y₃)，并对应的将整个岩石图像上的矩阵点位置进行坐标旋转平移变换，从而实现岩石CT扫描图像的配准校正。

下面举一例说明本发明实施例中岩石CT扫描图像的配准校正方法的具体实施。本例中，CT测量岩石的孔隙度及统计分布。本例中包括：

1、油藏砂岩3-7(长度3.356cm，直径2.538cm)，经洗油洗盐后烘干；

2、加热融化条件下配置3种含NaI分别为10％，7％，4％的树脂，按本发明实施例方法在岩心端面选取3个点，分别用这三种树脂做标记点，然后使树脂固化放置24小时；

3、岩石样品放入CT扫描床上，固定轴向位置，在140kv，100mA条件下扫描；

4、取下岩石，用标准盐水在岩心饱和装置中抽空饱和24小时以上；

5、岩石重新放置在扫描床上，用与步骤3相同的条件进行CT扫描；同时扫描标准盐水；

6、将两次扫描的岩石CT图像调入图像处理软件中，采用本发明实施例方法，确定两次扫描三个特征点的位置坐标，并将第二次扫描的图像配准校正；

7、采用孔隙度计算公式，计算岩石图像区域每个矩阵点的孔隙度，统计信息获取岩石孔隙度及孔隙度分布。

表1列出了本例中岩石CT扫描图像配准校正和未配准校正获取的孔隙度及统计分布信息的比较及采用其他方法获取的孔隙度的值。从孔隙度平均值来看，经过图像配准校正后的孔隙度值与液体法获取的孔隙度值接近。另外，从统计分布来看，由于未配准校正，图像的偏差使得孔隙度的最大值和最小值均不符合实际情况(理论上应在0％～100％)，标准偏差也很大。配准校正后，孔隙度的最大值和最小值接近实际情况，标准偏差也较小，证明本发明实施例方法在测量岩石孔隙度减小计量误差方面效果显著。

表1岩石3-7的孔隙度及统计分布参数

下面再举一例说明本发明实施例中岩石CT扫描图像的配准校正方法的具体实施。本例中，CT测量岩石中的油水饱和度。本例中包括：

1、油藏砂岩611(长度3.980cm，直径2.511cm)，经洗油洗盐后烘干；

2、加热融化条件下配置3种含NaI分别为10％，7％，4％的树脂，按本发明实施例方法在岩心端面选取3个点，分别用这三种树脂做标记点，然后使树脂固化放置24小时；

3、岩石样品放入CT扫描床上，固定轴向位置，在140kv，100mA条件下扫描；

4、取下岩石，用标准盐水在岩心饱和装置中抽空饱和24小时以上；

5、岩石重新放置在扫描床上，用与步骤3相同的条件进行CT扫描；同时扫描标准盐水；

6、用模拟油对岩石进行驱替造束缚水，造束缚水结束后岩石放置在扫描床上，用与步骤3相同的条件进行CT扫描；同时扫描模拟油；

7、将三次扫描的岩石CT图像调入图像处理软件中，采用上述方法，确定三次扫描三个特征点的位置坐标，并将第二次和第三次扫描的图像配准校正；

8、采用两相流体饱和度计算公式，计算岩石图像区域每个矩阵点的流体饱和度。

表2列出了本例中岩石CT扫描图像配准校正和未配准校正获取的流体饱和度及采用其他方法获取的流体饱和度的值的比较。从结果看，经过图像配准校正后的流体饱和度值更接近体积法获取的流体饱和度值，证明本发明实施例方法在测量岩石内油水饱和度方面的效果显著。

表2岩石611的含油饱和度

	含油饱和度(％)
		CT法(图像配准校正前)	65.6
CT法(图像配准校正后)	72.3
		体积法	72.5

上述岩石CT扫描图像的配准校正方法中的图像处理部分也可提供为一种岩石CT扫描图像的配准校正方法，该图像处理部分可以使多次扫描过程中岩石图像“对准”，有利于提高后续分析结果的精度和可靠性，具体实施过程与上述岩石CT扫描图像的配准校正方法相同，此处不再赘述。如图4所示，实施例中可以包括：

步骤401、在岩石CT扫描的图像上查找岩石端面上的标记点并记录标记点的位置；

步骤402、在岩石再次CT扫描的图像上查找岩石端面上的标记点并记录标记点的位置；

步骤403、利用坐标变换将后一次扫描图像上标记点的位置变换为前一次扫描图像上标记点的位置，并对应的将后一次扫描图像上的全部矩阵点位置进行坐标旋转平移变换。

具体实施时，岩石端面上的标记点可以包括至少三个点，各点分别用掺杂不同浓度增强剂的固化树脂或胶进行标记。其中，该至少三个点不在一条直线上，且每个点到岩石边缘的距离小于第一设定值，各点之间的距离大于第二设定值。

本发明实施例中还提供了一种岩石CT扫描图像的配准校正装置，如下面的实施例所述。由于该装置解决问题的原理与岩石CT扫描图像的配准校正方法相似，因此该装置的实施可以参见对应方法的实施，重复之处不再赘述。

图5为本发明实施例中岩石CT扫描图像的配准校正装置的示意图。如图5所示，本发明实施例中岩石CT扫描图像的配准校正装置可以包括：

第一标记处理模块501，用于在岩石CT扫描的图像上查找岩石端面上的标记点并记录标记点的位置；

第二标记处理模块502，用于在岩石再次CT扫描的图像上查找岩石端面上的标记点并记录标记点的位置；

配准校正模块503，用于利用坐标变换将后一次扫描图像上标记点的位置变换为前一次扫描图像上标记点的位置，并对应的将后一次扫描图像上的全部矩阵点位置进行坐标旋转平移变换。

具体实施时，岩石端面上的标记点包括至少三个点，各点分别用掺杂不同浓度增强剂的固化树脂或胶进行标记。

具体实施时，上述至少三个点不在一条直线上，且每个点到岩石边缘的距离小于第一设定值，各点之间的距离大于第二设定值。

综上所述，利用本发明实施例对涉及多次扫描过程的岩石图像进行配准校正，可以使多次扫描过程中岩石图像“对准”，有利于提高后续分析结果的精度和可靠性，例如提高利用CT扫描测试岩石孔隙度及流体饱和度等参数的精度，以及涉及储层伤害、孔隙结构变化等过程图像定性表征的可靠性。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，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。

Claims (9)

1.一种岩石CT扫描图像的配准校正方法，其特征在于，包括：

在岩石端面上做标记；

对岩石进行CT扫描，在扫描图像上查找岩石端面上的标记点并记录标记点的位置；

再次对岩石进行CT扫描，在扫描图像上查找岩石端面上的标记点并记录标记点的位置；

利用坐标变换将后一次扫描图像上标记点的位置变换为前一次扫描图像上标记点的位置，并对应的将后一次扫描图像上的全部矩阵点位置进行坐标旋转平移变换。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在岩石端面上做标记，包括：

在岩石端面上选取至少三个点，分别用掺杂不同浓度增强剂的固化树脂或胶进行标记。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述至少三个点不在一条直线上，且每个点到岩石边缘的距离小于第一设定值，各点之间的距离大于第二设定值。

4.一种岩石CT扫描图像的配准校正方法，其特征在于，包括：

在岩石CT扫描的图像上查找岩石端面上的标记点并记录标记点的位置；

在岩石再次CT扫描的图像上查找岩石端面上的标记点并记录标记点的位置；

利用坐标变换将后一次扫描图像上标记点的位置变换为前一次扫描图像上标记点的位置，并对应的将后一次扫描图像上的全部矩阵点位置进行坐标旋转平移变换。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，岩石端面上的标记点包括至少三个点，各点分别用掺杂不同浓度增强剂的固化树脂或胶进行标记。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述至少三个点不在一条直线上，且每个点到岩石边缘的距离小于第一设定值，各点之间的距离大于第二设定值。

7.一种岩石CT扫描图像的配准校正装置，其特征在于，包括：

第一标记处理模块，用于在岩石CT扫描的图像上查找岩石端面上的标记点并记录标记点的位置；

第二标记处理模块，用于在岩石再次CT扫描的图像上查找岩石端面上的标记点并记录标记点的位置；

配准校正模块，用于利用坐标变换将后一次扫描图像上标记点的位置变换为前一次扫描图像上标记点的位置，并对应的将后一次扫描图像上的全部矩阵点位置进行坐标旋转平移变换。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，岩石端面上的标记点包括至少三个点，各点分别用掺杂不同浓度增强剂的固化树脂或胶进行标记。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述至少三个点不在一条直线上，且每个点到岩石边缘的距离小于第一设定值，各点之间的距离大于第二设定值。