DE3516939A1 - Verfahren zum erfassen der bilder geologischer proben zu ihrer optischen analyse und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents
Verfahren zum erfassen der bilder geologischer proben zu ihrer optischen analyse und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrensInfo
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Description
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen von Bildern geologischer Proben zum Zwecke ihrer optischen '
Analyse und hat auch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zum Gegenstand.
Diese Proben, die von kleinen Abmessungen sein können, liegen in Form von Kernen vor, die durch Entnahmen auf
unterschiedlichen Horizonten in Bohrungen entnommen wurden. Die einmal an die Oberfläche gebrachten Bohrkerne
werden nach visueller Inaugenscheinnahme vorbereitet, was zu einem schriftlichen Bericht führt. Dieser Prüfbericht,
der auf Interpretationen und Vorschriften beruht, bei denen auf dem Gebiet der Sedimentologie übliche
Symbole und Karten Verwendung finden, hat zum Zweck, beispielsweise Form, Struktur, Farbe und mineralogische
Zusammensetzung jeder Probe festzulegen.
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Die Kernproben werden dann schnell unter Bedingungen gespeichert, die eine günstige Konservierung erlauben:
hierdurch werden oft direkte visuelle Vergleichsmöglichkeiten zwischen den an ein und dem gleichen Ort entnommenen
Proben begrenzt.
Der Vergleich dieser Proben und vor allem der später durchgeführten Studien, bei denen es sich um Vergleichsanalysen von Proben an verschiedenen Orten handelt,
können oft nur aus praktischen Gründen allein auf der Basis schriftlicher Berichte durchgeführt werden, d.h.
an bereits interpretierten Daten. Die Analysenarbeit der Geologen wird aus diesem Grund schwieriger und langsamer.
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Ι Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht es, die mit
den früheren Interpretationsmethoden verknüpften Nachteile zu vermeiden.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß sequentiell auf einem Speicher oder Aufzeichnungsträger elektrische
Signale aufgezeichnet werden, welche die Bilder paralleler Linien der Oberfläche jeder Probe umsetzen, wobei die
Bilder dieser Linien nacheinander durch Relativverschiebung der Proben bezüglich des Aufzeichnungssystems gebildet
werden. Die aufgezeichneten Signale entsprechen beispielsweise Bildern, die durch Wahl wenigstens, eines
Spektralbands in der empfangenen Strahlung des Gegenstandes erhalten wurden. Die erhaltenen Signale werden
vorzugsweise während ihrer Aufzeichnung digitalisiert.
Das Verfahren nach der Erfindung ist vorteilhaft, da die Signale, die hierdurch erhalten werden können, in
jedem Augenblick auf einem Träger restituiert werden können: beispielsweise Fernsehschirm, fotoempfindliches
Papier oder Film und können so direkt beobachtet oder mit anderen verglichen werden und eignen sich darüber hinaus
für alle Arten automatisierter Behandlungen, die es ermöglichen, in objektiver Weise die physikalischen Charakteristiken
der Proben klar werden zu lassen, ohne daß .man auf visuelle Interpretationen zurückgreifen müßte.
Genauer wird dies anhand vorzugsweiser Ausführungsformen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher belegt
werden. Diese zeigen in
Fig. 1 schematisch die Vorrichtung, die es ermöglicht, eine geologische Probe, von der Bilder genommen
werden sollen, relativ zu einem Aufzeichnungssystem zu verschieben;
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform des Aufzeichnungssystems, wo ein Drehspiegel verwendet wird,
um nacheinander gegen eine Kamera die Bilder der Punkte jeder der Linien der Probe zu richten
und
Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform des Aufzeichnungssystems,
wo die Bilder des Gegenstandes erfaßt und Linie für Linie aufgezeichnet werden.
Nach Fig. 1 umfaßt die Vorrichtung beispielsweise einen beweglichen Tisch 1 von Abmessungen, die für den aufzuzeichnenden
Gegenstand 2 geeignet sind. Ist der Gegenstand dann ein geologischer Bohrkern, so besteht der Tisch
beispielsweise aus einem Gestell 3 von mehreren Metern Länge, der so ausgebildet ist, daß er die Achsen von
Rollen 4 trägt, über die ein Förderband 5 gespannt ist. Ein Antriebsmotor 6 vom Schrittschalttyp wird verwendet,
um eine der Rollen derart anzutreiben, daß eine diskontinuierliche Translation des Förderbandes hervorgerufen
wird. Oberhalb des beweglichen Tisches ist eine Gerüstbrücke 7 angeordnet, an der ein Gehäuse 8 befestigt ist, das
eine optische und elektronische Anordnung enthält, um in aufzeichenbare Signale die Bilder der verschiedenen Teile
des Gegenstandes umzuformen, die nacheinander in ihrem Feld durch diskontinuierliche Verschiebung des Förderbandes
herangeführt werden.
Diese optische und elektronische Anordnung umfaßt beispielsweise (Fig. 2) eine elektronische Kamera 9 und
optische Einrichtungen, die auf das Objektiv der Kamera das Licht richten, welches nacheinander von sämtlichen
Punkten der Oberfläche des auf den Tisch 1 gelegten Gegenstandes stammt. Diese Einrichtungen umfassen beispielsweise
einen Drehspiegel 10, der von einem Motor in Drehung versetzt wird. Die Drehachse des Spiegels und
die optische Achse der Kamera sind parallel zur Translationsrichtung X!X des Gegenstandes angeordnet. Auf diese
Weise wird die Oberfläche des Gegenstandes nacheinander
entsprechend Transversallinien parallel zur orthogonalen
Achse Y1Y untersucht; die Bilder der verschiedenen Punkte
jeder Linie werden nacheinander durch die Kamera 9 aufgezeichnet. Die Drehung des Spiegels wird derart gesteuert,
daß das Überstreichen oder Abtasten der Punkte jeder Linie in einem Zeitintervall stattfindet, wo das Förderband 5
unbeweglich ist.
Diese optische und elektronische Anordnung kann auch (Fig. 3) eine Kamera 9A von an sich bekannter Bauart umfassen,
die so ausgebildet ist, daß sie die Bilder von Linien der Oberfläche des Gegenstandes aufzeichne-t, welche
nacheinander auf ihrem Objektiv ausgebildet werden. Die Linienbilder werden durch benachbarte fotoempfindliche
Aufnehmerleisten empfangen. Die elektrischen durch diese Aufnehmer,abhängig von der Ausleuchtung erzeugten Signale
werden nacheinander abgelesen; das Bild jeder Linie entspricht einer Signalfolge. Die Aufnehmer sind beispielsweise
vom CCD Typ (charge-coupled device) oder bestehen aus Fotodioden.
Die Vorrichtung umfaßt auch ein Synchronisationselement 12, das einerseits mit dem Motor 6 über ein Kabel 13 und
andererseits mit der optischen und elektronischen Anordnung, die im Gehäuse 8 enthalten ist, über ein Kabel 14
verbunden ist. Das Synchronisationselement 12 ist mit einem inneren Taktgeber und einem Zähler versehen und
erzeugt, abhängig von den durch den Taktgeber erzeugten Impulsen aufeinanderfolgende Steuersignale, die an den
Motor 6 gegeben werden. Dieser dreht dann um ein Winkelinkrement,
was zur Folge hat, daß das Förderband in Translation versetzt wird und eine neue Oberflächenlinie
des Gegenstandes im Feld der Kamera 9 oder 9A gebracht wird. Der Vorschubschritt wird als Funktion der für das
Bild festgelegten Definition bestimmt. Vorzugsweise wählt man eine lineare Auflösung in der Größenordnung von
0,5 mm höchstens und ordnet eine optische und elektronische Anordnung mit einer Winkelauflösung benachbart 0,5 mrad
unter einer Entfernung in der Größenordnung von 1 m an.
Nachdem das Förderband 5 um einen Schritt vorgerückt ist, erzeugt das Synchronisationselement 12, ausgehend von den
Taktgebersignalen, ein Steuersignal für die Aufzeichnung des Bildes durch das Aufzeichnungssystem. Für den Fall,
daß die Kombination einer elektronischen Kamera und eines Drehspiegels (Fig. 2) verwendet wird, wird das Steuersignal
so ausgelegt, daß es die Drehgeschwindigkeit des Motors 11 synchronisiert und die Erfassung des Bildes
sowie seine Umformung in elektrische Signale auslöst.
Für den Fall einer Kamera mit Linienaufzeichnung (Fig. 3)
ist das Steuersignal so ausgelegt,daß es das sequentielle Lesen der verschiedenen Aufnehmer der empfindlichen Leiste
(barrette) auslöst. In sämtlichen Fällen werden die Anzeigen des Zählers bei jedem Vorschubschritt des Förderbandes
auf die entsprechende Aufzeichnung übertragen, was es ermöglicht, schnell das Bild eines beliebigen Ortes der
Gegenstandsoberfläche wiederzufinden. Man kann auch längs
des Gegenstandes und auf einer seiner Seiten einen Zentimetermaßstab
anordnen, der es ermöglicht, sehr schnell einen bestimmten Bereich der Oberfläche zu markieren.
Die aus der optischen und elektronischen Anordnung austretenden elektrischen Signale werden über ein Kabel 15
an einen Mikrocomputer 16 gegeben, der sie in numerische Worte umformt; dann werden sie an eine Aufzeichnungseinrichtung
17, beispielsweise vom Bandaufzeichnungstyp, übertragen. Die Signale können auch auf ein Sichtbarmachungselement,
beispielsweise einen Fernsehmonitor, übertragen werden, derart, daß man eine direkte oder
verzögerte Darstellung der Oberfläche des aufgezeichneten Gegenstandes erhält.
Der Mikrocomputer ist auch mit einem Schaltpult 19 verbunden, das es einem Operator ermöglicht, die Aufzeichnungsoperationen
auszulösen oder besondere Verarbeitungsoperationen der aufgezeichneten Daten zu steuern. Der
Mikrocomputer wird beispielsweise programmiert, um in
Realzeit von der Kamera gelieferte Daten zu verarbeiten,
bevor sie auf der Aufzeichnungsvorrichtung 17 aufgezeichnet
werden oder in verzögerter Zeit auf den voraufgezeichneten Daten eingetragen werden.
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Die Kamera kann auch einer optischen Filteranordnung zugeordnet
werden, die es ermöglicht, ein oder mehrere Bänder über die gesamte Breite des vom Gegenstand empfangenen
Strahlungsspektrums, vom Ultraviolett bis zu den Mikrowellen (Wellenlänge zwischen 30 nm und 30 cm),auszuwählen.
Das sichtbare Spektralband ermöglicht es,die Sedimentfiguren durch die Quantifizierung der Farben und ihre
geometrische Anordnung zu identifizieren:Linienverlauf,
Verformungen etc. Das im thermischen Infrarotbereich befindliche
Spektralband ermöglicht es, sedimentäre Anordnungen nach ihrer thermischen Trägheit zu unterscheiden.
Die Ultrahochfrequenzen ermöglichen es hierbei, Auskünfte hinsichtlich des Gehalts der Bestandteile an Fluiden,
ihrer Granulometrie oder Rauhigkeit zu erhalten.
Das Verfahren nach der Erfindung kann bei seiner Anwendung auf die Erfassung von Bildern geologischer Bohrkerne vorteilhaft
verwirklicht werden:an den Extraktionsorten selbst zulande, auf einem Schiff oder einer Bohrplattform im Meer.
Die entnommenen und durch Schneiden und Sägen längs ihrer Achsen vorbereiteten Bohrkerne werden auf den beweglichen
Tisch 1 gelegt; man geht zu Aufzeichnungsvorgängen über.
Das Verfahren ermöglicht, selbst wenn die Proben für eine Untersuchung nicht leicht zur Verfügung stehen, später
aufgezeichnete Bilder zu visuellen Vergleichsgründen
verfügbar zu haben und die Notwendigkeit schriftlicher codifizierter früher notwendiger Beschreibungen fällt fort.
-ιοί Besonders vorteilhaft ist das Verfahren nach der Erfindung,
da alle möglichen Sorten systematischer digitaler Verarbeitung der aufgezeichneten Daten möglich wird. Man kann
die Elemente nach ihren Farben klassifizieren, indem man auf Farbspeicherkarten bezugnimmt und, nach Vereinfachung
des Bildes durch Reduktion an seinen Konturen besondere Erkennungs- oder AufSchließungsprogramme zur Anwendung
bringen, um seine Komponenten zu identifizieren. Die Lokalisierung der Diskontinuitäten zwischen den Schichten
ermöglicht die Berechnung der räumlichen Frequenz der Wechselschwingungen sowie die Quantifizierung der
sedimentären Häufigkeiten und Folgen. Für eine geeignete Programmierung, bei der bekannte Differentialrechenverfahren
zur Anwendung kommen, kann man die linearen Teile jedes Bildes isolieren und so die bevorzugten Richtungen
der Frakturierungen im Erdboden unterscheiden.
Die oben erwähnten Datenverarbeitungsverfahren werden
beispielsweise bereits für die Behandlung von Bildern eingesetzt, die vom Flugzeug oder Satelliten aus
genommen wurden.
Diese numerischen Verarbeitungsverfahren lassen sich auf
Bohrkerne anwenden, die in geeichter Weise zu unterschiedlichen Augenblicken oder Orten genommen wurden.
Die große Menge an Daten, die durch diese Behandlungen oder Verarbeitungen gewonnen werden können sowie deren
objektiver Charakter, erleichtert es, Sondierungsbohrungen untereinander in Korrelation zu setzen.
Claims (11)
1. Verfahren zum Erfassen von Bildern geologischer Proben für deren optische Analyse, dadurch gekennzeichnet, daß
sequentiell auf einem Aufzeichnungsträger elektrische Signale aufgezeichnet werden, welche die Bilder von
Linien umsetzen, die parallel zur Oberfläche jeder Probe verlaufen; und daß die Bilder dieser Linien nacheinander
durch Relativverschiebung jeder Probe bezüglich des Aufzeichnungssystems gebildet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die elektrischen Signale umgesetzten
Bilder aus einer Auswahl wenigstens eines Spektralbandes in der Strahlung jeder Probe erhalten werden.
0RlGiNflL
D-8000 München 2
Isartorplatz 6
POB 26 02 47 D-8000 München 26
Kabel: Telefon Telecopier Infotec 6400 B Telex
Muebopat 089/221483-7 GII+ III (089)229643 5-24285
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Signale während ihrer Aufzeichnung digitalisiert werden.
4. Erfassungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Aufzeichnungssystem; Einrichtungen zum Verschieben jeder geologischen
Probe bezogen auf das Aufzeichnungssystem, das optische Einrichtungen umfaßt, um nacheinander
die Bilder paralleler Linien dieses Gegenstandes zu
bilden; und durch Einrichtungen, die die Bilder jeder Linie in eine Folge von Signalen umsetzen; und mit
Speichereinrichtungen (17) für diese Signale.
5. Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Einrichtungen
ein reflektierendes bewegliches Element (10) umfassen, welches nacheinander unter Abtasten die Bilder sämt-,■ς
licher Punkte jeder der Linien auf eine elektronische
Kamera (9) richtet.
6. Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Umsetzen
der Bilder jeder Linie in eine Folge von Signalen einen Umsetzer umfassen, der aus einer Vielzahl ausgerichteter
fotoempfindlicher Elemente besteht, deren Antworten nacheinander gelesen werden.
7. Erfassungvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Umsetzen der Bilder jeder Linie in eine Folge von Signalen
eine Vorrichtung zur Übertragung elektrischer Ladungen umfassen.
8. Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5
bis 7, gekennzeichnet durch eine elektronische Anordnung (16) zur Digitalisierung der erhaltenen Signale.
-3-
9. Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet
durch optische Filtereinrichtungen zur Auswahl wenigstens eines Bandes des empfangenen elektromagnetischen
Spektrums dieser Proben.
10. Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche
bis 7, gekennzeichnet durch eine elektronische Anordnung (16) zum Digitalisieren der erhaltenen Signale
und zur Verarbeitung der digitalisierten Signale.
11. Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Verschiebung
jeder geologischen Probe einen beweglichen Tisch (1) und einen Schrittschaltmotor (6) für den
beweglichen Tisch umfassen; und durch Synchronisationseinrichtungen (12), die alternativ den Antriebsmotor
und das Aufzeichnungssystem steuern.
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