ITMI20060505A1

ITMI20060505A1 - Metrodo per visualizzare e comparare immagini e volumi di dati di grandezze fisiche

Info

Publication number: ITMI20060505A1
Application number: IT000505A
Authority: IT
Inventors: Tomasi Vittorio De; Luciano Kovacic
Original assignee: Eni Spa
Priority date: 2006-03-21
Filing date: 2006-03-21
Publication date: 2007-09-22
Also published as: EA014842B1; MY150260A; WO2007107257A8; WO2007107257A2; US20110044540A1; EA200801925A1; BRPI0710068A2; WO2007107257A3; EP1996962A2; MX2008011956A; TNSN08361A1; CA2645502C; US8345929B2; CN101467068B; CN101467068A; AU2007229022B2; CA2645502A1; AU2007229022A1

Description

“METODO PER VISUALIZZARE E COMPARARE IMMAGINI O VOLUMI DI DATI DI GRANDEZZE FISICHE”

Descrizione

La presente invenzione riguarda un metodo per visualizzare e comparare immagini o volumi di dati di grandezze fsiche, o di informazioni riproducibili ad essi, acquisiti mediante adatti strumenti. Il metodo può essere applicato alla rappresentazione di numerosi tipi di grandezze: in particolare può essere utilizzato con vantaggio per lo studio del movimento di fluidi in un giacimento di idrocarburi mediante la tecnologia denominata “4D”, che prevede l’acquisizione e l’elaborazione di due o più rilievi sismici eseguiti a distanza di qualche anno uno dall’altro.

Il primo rilievo sismico viene denominato “base”, mentre i rilievi successivi sono denominati “monitor”.

Il movimento dei fluidi nel giacimento causa un cambiamento dell’impedenza acustica del giacimento; se le condizioni sono favorevoli la variazione può essere identificata comparando le impedenze acustiche calcolate dai vari rilievi sismici

Con la tecnica 4D è quindi possibile in linea di principio ottimizzare lo sfruttamento dei giacimenti di idrocarburi, identificando ad esempio le zone non prodotte, le barriere di permeabilità, etc.

Tuttavia la tecnologia 4D non è di facile applicazione, in quanto numerosi fattori ne limitano l’efficacia: rumore, ripetibilità dei rilievi, caratteristiche meccaniche delle rocce del giacimento, etc.

Inoltre, anche se le condizioni di acquisizione dei rilievi 4D sono favorevoli, l’interpretazione comparata dei dati 4D non è facile, in quanto l’interpretatore si trova a dover maneggiare una quantità di dati multipla rispetto a quella tipica di un rilievo sismico 3D: infatti oltre al rilievo iniziale, occorre esaminare simultaneamente i rilievi monitor successivi e/o le loro differenze rispetto al rilievo base.

La visualizzazione dei dati sismici viene oggi realizzata mediante due tecniche di rappresentazione: la presentazione “wiggle”, dove l’ampiezza del segnale sismico viene rappresentata come grafico, e la presentazione in modalità “raster”, dove l’ampiezza del segnale sismico viene restituita mediante tonalità di grigio o di colore (R.

Sheriff: Enciclopedie Dictionary of Applied Geophysics, SEG, ISBN 1-56080-118-2). I due metodi di rappresentazione possono essere combinati, in modo da rappresentare simultaneamente due segnali sismici, o un segnale sismico e una grandezza ad esso associata (velocità, impedenza, etc.).

Come accennato precedentemente, il metodo 4D richiede la visualizzazione simultanea delle impedenze acustiche dei rilievi base e monitor, in quanto l’interpretatore deve poter valutare sia le impedenze iniziali, sia la loro evoluzione nel tempo. Finora il metodo utilizzato per la visualizzazione dei dati 4D era basato sul rappresentare simultaneamente i dati di impedenza; ma si è notato che l’interpretazione non era semplice, in quanto il campo utile della visione umana ha una apertura angolare limitata, e comparare due immagini rumorose accostate fra loro non è sempre agevole. Si potrebbe pensare di visualizzare simultaneamente i due dati mediante una rappresentazione congiunta wiggle/raster, tuttavia le prove hanno mostrato che l’immagine risultante è praticamente inutilizzabile.

Allo scopo di facilitare il lavoro di interpretazione dei dati 4D si è trovato un nuovo metodo realizzando uno strumento innovativo di visualizzazione. Lo strumento è basato sull’idea originale di visualizzare contemporaneamente i dati del rilievo base con i dati del rilievo monitor combinandoli in una sola immagine. In questo modo il lavoro dell’interpretatore viene facilitato, sia perché viene ridotta la mole di dati da visualizzare simultaneamente, sia perché la visione simultanea dei rilievi base e monitor permette di identificare rapidamente particolari che difficilmente sarebbero identificabili esaminando i due rilievi separatamente.

La stessa tecnica è applicabile con opportuni adattamenti anche al di fuori dell’ambito della sismica 4D, laddove sia necessario esaminare la differenza fra rilievi sismici, per valutare ad esempio la differenza fra due sequenze di elaborazione sismica, la differenza fra tracce “near” e “far” nell’analisi AVO, etc., o più in generale laddove sia necessario esaminare la differenza fra due generiche grandezze fisiche o geofisiche.

Il metodo di visualizzazione e comparazione dedicato alla rappresentazione di immagini di impedenza acustica 4D deve possedere alcuni requisiti di base:

• deve dare una rappresentazione grafica coerente con gli standard comunemente utilizzati per la visualizzazione dell’impedenza acustica: è infatti pratica comune identificare le zone a bassa impedenza con un colore (solitamente il colore rosso), e le zone ad alta impedenza con un colore contrastante (solitamente il colore blu).

• deve permettere di visualizzare i due rilievi in una unica immagine, in modo da permettere l’osservazione simultanea dell’impedenza iniziale e della sua variazione nel tempo.

Lo studio del funzionamento della visione umana ha permesso di individuare una tecnica di visualizzazione in possesso dei requisiti richiesti. Infatti l’apparato di percezione visiva umano possiede fra l’altro queste caratteristiche (W. K. Pratt: Digital Image Processing, J. Wiley & sons, New York 1991, ISBN 0-471-85766-1; M. Delbrück : Mind from Matter? An Essay on Evolutionary Epistemology, Blackwell Scientific Publications, Palo Alto, 1986) :

• Vi sono due tipi di fotorecettori: i coni (sensibili al colore) e i bastoncelli (sensibili alla luminosità). Esistono tre tipi diversi di coni, la cui sensibilità è massima per colori differenti

• La risposta del sistema di visione umana alle variazioni di luminosità è tale che, assegnata luminosità 1=0 al nero e 1=1 al bianco, variazioni di luminosità del tipo ΔΙ/Ι = costante vengono percepite in modo uniforme quando la luminosità I è compresa all’incirca nell’intervallo [0.25-0.75]: al di fuori di questo intervallo la risposta del sistema diventa fortemente non lineare. Il metodo proposto sfrutta l’idea di codificare le variazioni percentuali di impedenza acustica come variazioni di luminosità (mantenendo tinta e saturazione del colore costanti) e i valori dell’impedenza del rilievo base come variazioni di tinta e saturazione del colore (mantenendo la luminosità costante). Ciò è stato possibile utilizzando un opportuno sistema di coordinate cromatiche, che vengono poi trasformate nelle coordinate cromatiche (solitamente RGB) utilizzate dai sistemi di visualizzazione grafica.

Il metodo, oggetto della presente invenzione, per visualizzare e comparare due immagini o volumi di dati di grandezze fisiche o di informazioni riconducibili ad essi, acquisiti mediante adatti strumenti, comprende i seguenti stadi:

• stabilire quale delle due grandezze verrà rappresentata come variazioni di colore, e quale come variazioni di luminosità; • definire un sistema di rappresentazione cromatico basato su tre coordinate di colore, in cui una coordinata rappresenti la luminosità e le altre due coordinate rappresentino degli appropriati attributi di colore;

• applicare una appropriata trasformazione ai valori delle grandezze fisiche da rappresentare, in modo che i valori delle grandezze fisiche da visualizzare siano trasformati dalle coordinate originarie nelle coordinate cromatiche prescelte; • trasformare i valori delle grandezze da visualizzare dal sistema di coordinate prescelto alle coordinate cromatiche proprie del sistema di visualizzazione prescelto;

• visualizzare l’immagine/volume contenente la combinazione delle due grandezze.

La trasformazione in generale prevede operazioni lineari e non lineari, volte anche a migliorare la rappresentazione delle grandezze (filtraggio, applicazione di soglie, etc.), compensare i limiti intrinseci della tecnologia utilizzata per la rappresentazione dell’immagine, e compensare i limiti dell’apparato visivo umano.

Il metodo di codifica permette inoltre di applicare separatamente alle due componenti dell’immagine (differenza e impedenza di base) gli operatori di elaborazione di immagine comunemente impiegati, quali soglie limite, correzione gamma, denoising, etc. In questo modo è possibile accentuare come desiderato i dettagli del dato sismico in esame.

I risultati ottenuti applicando la tecnica di visualizzazione qui descritta ad un caso reale mostrano che la codifica simultanea dei rilievi 4D in una unica immagine permette all’utente di individuare con facilità le regioni interessanti del rilievo, in quanto zone con proprietà diverse appaiono con sfumature di colore differente: è quindi relativamente semplice identificare le zone che richiedano una analisi approfondita da quelle che invece sono associate a dei falsi segnali (causati da rumore, effetti litologici, etc.). Inoltre il fatto di aver condensato i due rilievi in un’unica immagine permette poi di immergere l’immagine dentro ambienti di realtà virtuale, migliorando quindi la comprensione del dato sismico.

Questo metodo di visualizzazione e comparazione può essere utilizzato con profitto per la visualizzazione simultanea di altri dati di interesse per la sismica di esplorazione. Ad esempio:

• Ampiezza e fase di un segnale sismico

• Ampiezze “near offset” e “far offset” di un rilievo AVO

• Confronto fra due segnali sismici sottoposti ad elaborazioni differenti.

Possiamo affermare che in generale il metodo di visualizzazione in accordo all’invenzione può essere utilizzato per la visualizzazione e la comparazione di qualsiasi grandezza fisica, in particolare geofisica. I vantaggi economici attesi dall’impiego di questa tecnologia sono principalmente legati ad una riduzione dei tempi di lavoro per l’analisi qualitativa dei dati sismici time lapse (TLS). Ciò può essere quantificato con una riduzione del 50% dei tempi necessari all’interpretazione dei dati TLS e dei relativi elaborati di supporto (mappe di attributo sismico).

Oltre agli indubbi vantaggi economici questa tecnologia consente all’interpretatore una migliore interpretazione dei dati TLS: è ragionevole supporre che l’applicazione della tecnologia anche ad altri tipi di dati sismici (mappe AVO, attributi ampiezza/fase, etc.) possa produrre analoghi benefici.

Per illustrare meglio la presente invenzione viene riportato un esempio di realizzazione in cui sono descritti ulteriori dettagli tecnici per la descrizione dettagliata della tecnologia..

Esempio

La trasformazione di due immagini sismiche 3D costituenti un rilievo 4D in una singola immagine viene realizzata nel modo seguente.

Siano B=B(x, y, z) e M=M(x, y, z) le impedenze acustiche del rilievi 3D base e monitor che costituiscono il rilievo 4D.

Adottiamo per la rappresentazione dei colori di una immagine un sistema di coordinate cromatiche che permetta di separare la luminosità e la tinta del colore, quale ad esempio il sistema denominato YCBCR(ITU-601). Poiché i sistemi di visualizzazione delle immagini (monitor di computer, stampanti, etc.) utilizzano comunemente le coordinate cromatiche RGB, la trasformazione

Y = 0.299R 0.587 G 0.114 B

CB= -0.168736 R - 0.331264 G 0.5B 0.5 (1)

CR= 0.5R - 0.418688 G - 0.081312B 0.5 permette di associare fra loro le coordinate YCBCRe le coordinate RGB comunemente utilizzate per la visualizzazione su periferica grafica.

Trasformazioni analoghe alla 1) esistono anche per altri sistemi di coordinate, la scelta del sistema YCBCRnon è pertanto da ritenere una scelta obbligata.

I due rilievi 3D base e monitor vengono combinati fra loro per costruire la differenza percentuale:

(2)

Sia [DmDM] l’intervallo che comprende tutti i valori assunti da D. Tipicamente l’intervallo di variazione è compreso nell’intervallo -0.1 / 0.1 .

D rappresenta la variazione percentuale dell’impedenza fra un rilievo e l’altro del 4D: tenendo presente le caratteristiche del sistema di visione umano descritte precedentemente, è evidente che se D viene codificata come luminosità di una immagine e se l’intervallo [DmDM] viene associato all’intervallo di luminosità dove la risposta dell’occhio è uniforme, le variazioni di impedenza acustica del 4D verranno correttamente percepite dall’utente. Assegnando il valore di zero all’assenza di luminosità (nero) e il valore di uno alla massima luminosità (bianco), la codifica ottimale si ottiene trasformando l’intervallo [DmDM] nell’intervallo [0.25 0.75].

Ciò si ottiene facilmente ponendo:

Y = 0.5 (( (D-Dmin) /( Dmax- Dmin)) 0.25 (3)

(I limiti 0.25 e 0.75 potranno eventualmente essere adattati in modo da meglio adattare la trasformazione ad eventuali difformità dell’apparato visivo dell’utente).

Può essere opportuno elaborare i valori di D e/o di Y, introducendo ad esempio delle soglie sui valori minimi e massimi assunti da D, o applicando un operatore di “gamma correction” (Pratt, [2]) ai valori calcolati di Y del tipo:

Υ(γ)=Υ<y>(4) in modo da esaltare/attenuare alcune caratteristiche del rilievo 4D. Inoltre ai valori di Y si possono se necessario applicare filtri (non) lineari per attenuare il rumore, etc.

L’immagine finora costruita contiene per ora una rappresentazione in bianco e nero delle variazioni di impedenza acustica del rilievo 4D: occorre ora sovrapporvi l’immagine del rilievo base, senza però modificare la luminosità dell’immagine. L’uso delle coordinate cromatiche YIQ permette di realizzare facilmente ciò: è sufficiente infatti codificare l’informazione dell’impedenza del rilievo base nelle coordinate CB, CRsenza modificare il valore di Y. La funzione che associa B(x, y, z) con i valori di CBe CRva scelta in modo da rispettare lo standard di rappresentazione dell’impedenza acustica comunemente utilizzato. Ciò può essere realizzato facilmente con una coppia di funzioni del tipo:

CB= f(B)

CR= g(B)

Nel nostro caso abbiamo scelto (ma sono ovviamente possibili altre soluzioni):

CB= (B-Bmin)/(Bmax-Bmin)

Cr=1-Cb

dove Bmin, Bmaxsono rispettivamente il minimo e il massimo valore assunti da B(x, y, z). Ovviamente anche in questo caso è utile applicare operatori di pre-post elaborazione dell’immagine, così come fatto nel caso precedente.

A questo punto si ottiene una immagine codificata in YCRCBche, una volta trasformata nello spazio RGB, può essere visualizzata su una periferica grafica di tipo tradizionale (monitor, stampante, etc.).

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo per visualizzare e comparare due immagini o volumi di dati di grandezze fisiche o di informazioni riconducibili ad essi, acquisiti mediante adatti strumenti, comprendente i seguenti stadi: • stabilire quale delle due grandezze verrà rappresentata come variazioni di colore, e quale come variazioni di luminosità; • definire un sistema di rappresentazione cromatico basato su tre coordinate di colore, in cui una coordinata rappresenti la luminosità e le altre due coordinate rappresentino degli appropriati attributi di colore; • applicare una appropriata trasformazione ai valori delle grandezze fisiche da rappresentare, in modo che i valori delle grandezze fisiche da visualizzare siano trasformati dalle coordinate originarie nelle coordinate cromatiche prescelte; • trasformare i valori delle grandezze da visualizzare dal sistema di coordinate prescelto alle coordinate cromatiche proprie del sistema di visualizzazione prescelto; • visualizzare l' immagine/volume contenente la combinazione delle due grandezze.
2. Metodo come da rivendicazione 1 dove le grandezze fisiche sono sismiche.
3. Metodo come da rivendicazione 2 dove le grandezze sismiche sono l’impedenza acustica, l’impedenza elastica, l’ampiezza, la frequenza istantanea, la fase o la velocità delle onde sismiche.