CN113538460B - 一种页岩ct图像裁剪方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种页岩CT图像裁剪方法及系统，先对页岩样品进行CT扫描，得到多张切片图像。然后利用矩形掩膜对每一切片图像进行粗剪，得到粗剪后图像，再基于形态学闭合方法生成裁剪掩膜，并利用裁剪掩膜对每一粗剪后图像进行裁剪，得到裁剪后图像，能够将位于样品边界的裂缝断点通过形态学闭合方法自动连接为连续边界，为后续形成裁剪掩膜省去人工连接时间。最后根据所有裁剪后图像和所有切片图像判断是否需要继续裁剪，当不再需要继续裁剪时，即可得到与真实页岩样品形状最近似的裁剪后图像。本发明裁剪精准度高，能够保留更多位于样品边界的数据，降低后续样品分析的误差。

Description

一种页岩CT图像裁剪方法及系统

技术领域

本发明涉及页岩CT图像处理技术领域，特别是涉及一种基于形态学闭合方法的页岩CT图像裁剪方法及系统。

背景技术

目前，在页岩CT图像裁剪方面多使用商业软件，首先将某页岩样品的所有CT扫描图像导入，组合成为三维图像，然后以尽可能保证裁剪后图像内部不包含外围背景值为原则，采用规则的圆柱状或长方体等形状，对组合后的三维图像进行规则裁剪，最后导出可供下一步分析使用的图件，或继续在商业软件中进行下一步分析。

上述裁剪方法对于规则形状的页岩样品裁剪具有较好效果，但对因压裂形成裂缝而导致的形状不规则、边界不连续的页岩样品CT图像进行分析时，由于裂缝的存在使得原本连续的边界出现断点，造成页岩边界从原样品的圆形变为不规则的形状，此时若还使用规则形状裁剪图像，不可避免会牺牲掉边界的一些细节，并且由于每张切片边界不同，采用同一形状裁剪所被裁掉的样品体积也不同，甚至可能会裁剪掉距离边界非常接近的裂缝，容易导致图像裁剪不够精准，缺失部分样品数据，造成后续样品分析误差变高。

发明内容

本发明的目的是提供一种页岩CT图像裁剪方法及系统，利用形态学闭合方法形成裁剪掩膜对图像进行裁剪，裁剪精准度高，能够保留更多位于样品边界的数据，降低后续样品分析的误差。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种页岩CT图像裁剪方法，所述裁剪方法包括：

对页岩样品进行CT扫描，得到多张切片图像；所述切片图像包括样品区域和背景；

对于每一所述切片图像，利用矩形掩膜对所述切片图像进行粗剪，得到粗剪后图像；

对于每一所述粗剪后图像，基于形态学闭合方法生成裁剪掩膜，并利用所述裁剪掩膜对所述粗剪后图像进行裁剪，得到裁剪后图像；

根据所有所述裁剪后图像和所有所述切片图像判断是否需要继续裁剪；

若是，则以所述裁剪后图像作为下一循环中的粗剪后图像，返回“对于每一所述粗剪后图像，基于形态学闭合方法生成裁剪掩膜”的步骤。

本发明还用于提供一种页岩CT图像裁剪系统，所述裁剪系统包括：

扫描模块，用于对页岩样品进行CT扫描，得到多张切片图像；所述切片图像包括样品区域和背景；

粗剪模块，用于对于每一所述切片图像，利用矩形掩膜对所述切片图像进行粗剪，得到粗剪后图像；

细剪模块，用于对于每一所述粗剪后图像，基于形态学闭合方法生成裁剪掩膜，并利用所述裁剪掩膜对所述粗剪后图像进行裁剪，得到裁剪后图像；

判断模块，用于根据所有所述裁剪后图像和所有所述切片图像判断是否需要继续裁剪；

返回模块，用于在若是时，则以所述裁剪后图像作为下一循环中的粗剪后图像，返回“对于每一所述粗剪后图像，基于形态学闭合方法生成裁剪掩膜”的步骤。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明所提供的一种页岩CT图像裁剪方法及系统，先对页岩样品进行CT扫描，得到多张切片图像。然后对于每一切片图像，利用矩形掩膜对切片图像进行粗剪，得到粗剪后图像，能够剪切掉大部分背景值，提高裁剪效率。再对于每一粗剪后图像，基于形态学闭合方法生成裁剪掩膜，并利用裁剪掩膜对粗剪后图像进行裁剪，得到裁剪后图像，能够将位于样品边界的裂缝断点通过形态学闭合方法自动连接为连续边界，为后续形成裁剪掩膜省去人工连接时间。最后根据所有裁剪后图像和所有切片图像判断是否需要继续裁剪，若还需要继续裁剪，则继续基于形态学闭合方法生成裁剪掩膜，进行后续裁剪，直至不再需要继续裁剪，得到与真实页岩样品形状最近似的裁剪后图像。本发明能够精细裁剪形状不规则、边界不连续的页岩样品CT图像，裁剪精准度高，能够剔除更多影响样品分析的背景值，且能够保留更多位于样品边界的数据，降低后续样品分析的误差。

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。

图1为本发明实施例1所提供的裁剪方法的方法流程图。

图2为本发明实施例1所提供的裁剪方法的裁剪流程示意图。

图3为本发明实施例2所提供的裁剪系统的系统框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种页岩CT图像裁剪方法及系统，利用形态学闭合方法形成裁剪掩膜对图像进行裁剪，裁剪精准度高，能够保留更多位于样品边界的数据，降低后续样品分析的误差。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

如图1所示，本实施例用于提供一种页岩CT图像裁剪方法，所述裁剪方法包括：

S1：对页岩样品进行CT扫描，得到多张切片图像；所述切片图像包括样品区域和背景；

在进行CT扫描时，沿页岩样品的轴向方向等间距进行CT扫描，获得页岩样品的横截面作为切片，共扫描N次，得到N张切片图像，每张切片图像以单张图片的形式存储，单张图片分为横纵两个方向。

S2：对于每一所述切片图像，利用矩形掩膜对所述切片图像进行粗剪，得到粗剪后图像；

在CT扫描仪器可视区域中，即在扫描得到的切片图像中，样品区域只占其中一部分，其余部分全部为背景值。为了剪切大部分背景值，提高裁剪效率，需要先利用S2对切片图像进行粗剪。另外，在利用矩形掩膜对切片图像进行粗剪之前，本实施例的裁剪方法还包括确定矩形掩膜的步骤，该步骤包括：采用边界算子对切片图像中样品区域的边界进行识别，得到每一切片图像中样品区域的识别边界，然后根据所有识别边界确定矩形掩膜。

具体的，根据所有识别边界确定矩形掩膜可以包括：对于每一切片图像，建立XOY坐标系，所有切片图像所对应的XOY坐标系的原点位置、X轴正方向以及Y轴正方向均相同，XOY坐标系建立的方法为以单张切片左上方出现的第一个值为原点，需要说明的是，每张切片左上方出现的第一个值的位置相同，横方向向右为X轴正方向，纵方向向下为Y轴正方向。根据识别边界，确定每一切片图像的X坐标最小值、X坐标最大值、Y坐标最小值和Y坐标最大值，并选取所有切片图像中最小的X坐标最小值作为左端值，选取所有切片图像中最大的X坐标最大值作为右端值，选取所有切片图像中最小的Y坐标最小值作为上端值，选取所有切片图像中最大的Y坐标最大值作为下端值。以左端值所在竖直线、右端值所在竖直线、上端值所在水平线和下端值所在水平线所围成的矩形作为矩形掩膜，从而获取矩形掩膜，利用该矩形掩膜对切片图像进行粗剪，能够去除大部分背景值，显著提高裁剪效率。

在S1获得多张切片图像后，后续分析图像时，可将所有切片图像进行叠加，重构组合成三维图像。如图2所示，在开始裁剪之前，先定义未裁剪三维图像为A1，A1为多张切片图像组合得到的三维图像。采用边界算子获得A1中每张切片图像的识别边界，找到每张切片图像中样品在横纵轴方向第一次及最后一次出现的位置，并记录这些位置所对应的坐标，将所有切片图像对应的四个坐标值进行对比，选取能确保涵盖所有切片图像中样品区域的四个坐标值，以它们对应的直线相交后组成的矩形作为矩形掩模M1，并以M1对所有切片图像进行粗剪，得到粗剪后图像，所有粗剪后图像组合成为三维图像A2。

S3：对于每一所述粗剪后图像，基于形态学闭合方法生成裁剪掩膜，并利用所述裁剪掩膜对所述粗剪后图像进行裁剪，得到裁剪后图像；

其中，基于形态学闭合方法生成裁剪掩膜可以包括：

1、根据所述粗剪后图像中样品区域的形状以及识别边界，确定参考形状；

1)根据粗剪后图像中样品区域的形状确定参考形状的形状，参考形状的形状为规则图形；

选择与样品区域的形状最为近似的规则图形作为参考形状的形状。比如，当采用的页岩样品为圆柱状时，样品区域的形状则为圆形，故选择圆形作为参考形状的形状。当采用的页岩样品不规则时，选取与样品区域的形状(即页岩样品的横截面形状)最为近似的规则图形作为参考形状的形状。

2)按照所述参考形状包含所述样品区域的原则，根据所述粗剪后图像中样品区域的识别边界确定所述参考形状的形状参数；

在以规则图形作为参考形状的形状时，需考虑规则图形相应的形状参数，确定形状参数的原则是：建立的参考形状应尽量将粗剪后图像中的样品区域包含在其中。并且根据不同规则图形的确定原则，给出确定该形状所需的形状参数，例如圆形给出直径，长方形给出长宽。

以采用圆形作为参考形状的形状为例，先对粗剪后图像中样品区域的边界进行识别，得到识别边界，并选择该识别边界中距离最远的两点之间的距离作为圆形直径。

3)根据所述形状和所述形状参数确定参考形状，进而建立形态学闭合方法需参考的结构形状。

2、根据所述参考形状，基于形态学闭合方法生成裁剪掩膜。

1)根据参考形状，对识别边界进行膨胀处理，得到膨胀后区域。

利用建立的参考形状，对识别边界进行膨胀处理，主要是通过在识别边界的外围重新生成一条闭合边界曲线，并填充该外围闭合边界曲线的内部区域，以此来将切片中所有不连通的区域尤其是不连续边界处重新连通起来。

2)对所述膨胀后区域进行腐蚀处理，得到腐蚀后区域；所述腐蚀后区域即为裁剪掩膜。

对膨胀后形成的图像区域进行腐蚀，将膨胀时生成的外围闭合边界曲线去除，只保留样品区域的识别边界内的填充区域，以该填充区域作为精确的裁剪掩模。

本实施例利用形态学闭合方法，以建立的参考形状对识别边界进行形态学膨胀、腐蚀，将位于识别边界上的断点连接起来，使识别边界能够组成闭合曲线，并以闭合曲线内部的填充区域作为裁剪掩膜，以将位于样品识别边界的裂缝断点通过形态学闭合方法自动连接形成连续闭合曲线，为后续利用该连续闭合曲线生成裁剪掩膜省去人工连接时间，即能够自动连接非连续识别边界断点形成裁剪掩膜，进一步提高裁剪速度，进而提高裁剪效率。

S4：根据所有所述裁剪后图像和所有所述切片图像判断是否需要继续裁剪；

具体的，对于每一裁剪后图像，将裁剪后图像和其所对应的切片图像进行叠加，形成叠加图像。然后判断与裁剪后图像相比，叠加图像中样品区域的数值是否发生变化。当所有叠加图像中样品区域的数值均发生变化时，则不需要继续裁剪，此时，已经得到与页岩样品形状最为接近的三维图像An，否则，则需要继续裁剪。

S5：若是，则以所述裁剪后图像作为下一循环中的粗剪后图像，返回“对于每一所述粗剪后图像，基于形态学闭合方法生成裁剪掩膜”的步骤。

当不需要继续裁剪时，则以裁剪后图像作为裁剪成品，并将所有裁剪成品进行组合，得到裁剪后三维图像An。

具体的，利用裁剪掩膜对A2中每一粗剪后图像进行精细裁剪后，得到裁剪后图像，所有裁剪后图像进行组合得到三维图像A3，如图2所示。观测该三维图像A3，若出现异常裁切情况，例如样品值被当做背景值误裁，边界断点连接曲线异常等，可将三维图像Ai(3≤i≤n-1，n为裁剪次数)按S3所述精确裁剪方法再生成裁剪掩模，对Ai中的每一二维图像进行裁剪，直至得到与真实样品形状最为近似的三维图像An。在判断是否出现异常裁切情况时，可将利用S3进行精细裁剪后的裁剪后图像与利用S3进行精细裁剪前的裁剪前图像进行叠加，若发现位于样品区域外的背景值出现数值变化或样品区域内的数值没有出现变化，均为出现异常裁剪情况。

作为一种可选的实施方式，对于边界识别及边界断点连接，可采取其他图像分割算法或识别前景值与背景值方法。

本实施例主要为解决由于边界出现断点导致边界形状不规则，使用规则形状裁剪会缺失部分样品数据的问题，针对形状不规则、边界不连续的页岩样品CT图像，利用形态学闭合方法将边界断点进行连接以精细刻画边界，并以此为基础形成裁剪掩模，尽可能精细裁剪样品，使得页岩CT图像能够保留更多位于样品边界的数据，尽可能减少样品细节缺失，并剔除更多影响样品分析的背景值，为更精确分析样品扫描图件提供数据基础。

实施例2：

本实施例用于提供一种页岩CT图像裁剪系统，如图3所示，所述裁剪系统包括：

扫描模块T1，用于对页岩样品进行CT扫描，得到多张切片图像；所述切片图像包括样品区域和背景；

粗剪模块T2，用于对于每一所述切片图像，利用矩形掩膜对所述切片图像进行粗剪，得到粗剪后图像；

细剪模块T3，用于对于每一所述粗剪后图像，基于形态学闭合方法生成裁剪掩膜，并利用所述裁剪掩膜对所述粗剪后图像进行裁剪，得到裁剪后图像；

判断模块T4，用于根据所有所述裁剪后图像和所有所述切片图像判断是否需要继续裁剪；

返回模块T5，用于在若是时，则以所述裁剪后图像作为下一循环中的粗剪后图像，返回“对于每一所述粗剪后图像，基于形态学闭合方法生成裁剪掩膜”的步骤。

本实施例主要针对边界不连续、形状不规则的页岩样品图像，以尽可能保留更多样品细节，提高样品分析精确度为目的，在每张切片中首先确定样品边界，以此为基础，利用形态学闭合方法，连接边界断点形成连续边界并以保留边界内部形成裁剪掩模，对每张切片进行裁剪，并将裁剪后的切片重构成三维样品图像供后续分析使用，裁剪精确度和效率高。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种页岩CT图像裁剪方法，其特征在于，所述裁剪方法包括：

对页岩样品进行CT扫描，得到多张切片图像；所述切片图像包括样品区域和背景；

对于每一所述切片图像，利用矩形掩膜对所述切片图像进行粗剪，得到粗剪后图像；

对于每一所述粗剪后图像，基于形态学闭合方法生成裁剪掩膜，并利用所述裁剪掩膜对所述粗剪后图像进行裁剪，得到裁剪后图像；

根据所有所述裁剪后图像和所有所述切片图像判断是否需要继续裁剪；

若是，则以所述裁剪后图像作为下一循环中的粗剪后图像，返回“对于每一所述粗剪后图像，基于形态学闭合方法生成裁剪掩膜”的步骤；

所述基于形态学闭合方法生成裁剪掩膜具体包括：根据所述粗剪后图像中样品区域的形状以及识别边界，确定参考形状；根据所述参考形状，基于形态学闭合方法生成裁剪掩膜；

所述根据所述粗剪后图像中样品区域的形状以及识别边界，确定参考形状具体包括：根据所述粗剪后图像中样品区域的形状确定参考形状的形状；所述参考形状的形状为规则图形；按照所述参考形状包含所述样品区域的原则，根据所述粗剪后图像中样品区域的识别边界确定所述参考形状的形状参数；根据所述形状和所述形状参数确定参考形状；

所述根据所述参考形状，基于形态学闭合方法生成裁剪掩膜具体包括：根据所述参考形状，对所述识别边界进行膨胀处理，得到膨胀后区域；对所述膨胀后区域进行腐蚀处理，得到腐蚀后区域；所述腐蚀后区域即为裁剪掩膜。

2.根据权利要求1所述的裁剪方法，其特征在于，所述对页岩样品进行CT扫描，得到多张切片图像具体包括：

沿页岩样品的轴向方向等间距进行CT扫描，得到多张切片图像。

3.根据权利要求1所述的裁剪方法，其特征在于，在利用矩形掩膜对所述切片图像进行粗剪之前，所述裁剪方法还包括：

采用边界算子对所述切片图像中样品区域的边界进行识别，得到每一所述切片图像中样品区域的识别边界；

根据所有所述识别边界确定矩形掩膜。

4.根据权利要求3所述的裁剪方法，其特征在于，所述根据所有所述识别边界确定矩形掩膜具体包括：

对于每一所述切片图像，建立XOY坐标系；所有所述切片图像所对应的XOY坐标系的原点位置、X轴正方向以及Y轴正方向均相同；

根据所述识别边界，确定所述切片图像的X坐标最小值、X坐标最大值、Y坐标最小值和Y坐标最大值；

选取所有所述切片图像中最小的X坐标最小值作为左端值，选取所有所述切片图像中最大的X坐标最大值作为右端值，选取所有所述切片图像中最小的Y坐标最小值作为上端值，选取所有所述切片图像中最大的Y坐标最大值作为下端值；

以所述左端值所在竖直线、所述右端值所在竖直线、所述上端值所在水平线和所述下端值所在水平线所围成的矩形作为矩形掩膜。

5.根据权利要求1所述的裁剪方法，其特征在于，所述根据所有所述裁剪后图像和所有所述切片图像判断是否需要继续裁剪具体包括：

对于每一所述裁剪后图像，将所述裁剪后图像和其所对应的所述切片图像进行叠加，形成叠加图像；

判断与所述裁剪后图像相比，所述叠加图像中样品区域的数值是否发生变化；

当所有所述叠加图像中样品区域的数值均发生变化时，则不需要继续裁剪；

否则，则需要继续裁剪。

6.根据权利要求1所述的裁剪方法，其特征在于，当不需要继续裁剪时，则以所述裁剪后图像作为裁剪成品；将所有所述裁剪成品进行组合，得到裁剪后三维图像。

7.一种页岩CT图像裁剪系统，其特征在于，所述裁剪系统包括：

扫描模块，用于对页岩样品进行CT扫描，得到多张切片图像；所述切片图像包括样品区域和背景；

粗剪模块，用于对于每一所述切片图像，利用矩形掩膜对所述切片图像进行粗剪，得到粗剪后图像；

细剪模块，用于对于每一所述粗剪后图像，基于形态学闭合方法生成裁剪掩膜，并利用所述裁剪掩膜对所述粗剪后图像进行裁剪，得到裁剪后图像；

判断模块，用于根据所有所述裁剪后图像和所有所述切片图像判断是否需要继续裁剪；

返回模块，用于在若是时，则以所述裁剪后图像作为下一循环中的粗剪后图像，返回“对于每一所述粗剪后图像，基于形态学闭合方法生成裁剪掩膜”的步骤；

所述基于形态学闭合方法生成裁剪掩膜具体包括：根据所述粗剪后图像中样品区域的形状以及识别边界，确定参考形状；根据所述参考形状，基于形态学闭合方法生成裁剪掩膜；

所述根据所述粗剪后图像中样品区域的形状以及识别边界，确定参考形状具体包括：根据所述粗剪后图像中样品区域的形状确定参考形状的形状；所述参考形状的形状为规则图形；按照所述参考形状包含所述样品区域的原则，根据所述粗剪后图像中样品区域的识别边界确定所述参考形状的形状参数；根据所述形状和所述形状参数确定参考形状；

所述根据所述参考形状，基于形态学闭合方法生成裁剪掩膜具体包括：根据所述参考形状，对所述识别边界进行膨胀处理，得到膨胀后区域；对所述膨胀后区域进行腐蚀处理，得到腐蚀后区域；所述腐蚀后区域即为裁剪掩膜。

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