RU2815488C9 - Method of recognizing cracks in scanned image of boring core barrel - Google Patents

Method of recognizing cracks in scanned image of boring core barrel Download PDF

Info

Publication number
RU2815488C9
RU2815488C9 RU2023117404A RU2023117404A RU2815488C9 RU 2815488 C9 RU2815488 C9 RU 2815488C9 RU 2023117404 A RU2023117404 A RU 2023117404A RU 2023117404 A RU2023117404 A RU 2023117404A RU 2815488 C9 RU2815488 C9 RU 2815488C9
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
image
cracks
pixels
value
zone
Prior art date
Application number
RU2023117404A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2815488C1 (en
Inventor
Юньгуй СЮЙ
Хунюй ЛУ
Жунху ЧЖАН
Сюньюнь ХЭ
Сюйжи ХУАН
Цзяньпин ЛЯО
Original Assignee
Саутвест Петролеум Юниверсити
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Саутвест Петролеум Юниверсити filed Critical Саутвест Петролеум Юниверсити
Application granted granted Critical
Publication of RU2815488C1 publication Critical patent/RU2815488C1/en
Publication of RU2815488C9 publication Critical patent/RU2815488C9/en

Links

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: invention relates to measurement equipment and relates to a method of identifying cracks in a scanned image of a boring core barrel. Method includes obtaining an image using industrial cameras and converting the imported source image from the RGB format to the HSV colour space, recognizing the characteristics of the cracks and extracting them, image conversion to RGB format and image processing with adjustable brightness, removal of the core identification label from the image, local binarization based on the image unit and morphological processing of the images.
EFFECT: high accuracy and efficiency of detecting cracks on complex backdrops.
7 cl, 7 dwg

Description

Область технического примененияField of technical application

Настоящее изобретение относится к области технологий разведки и разработки нефти, в частности, к способу распознавания трещин в развертываемом изображении колонковой трубы бурового керна.The present invention relates to the field of petroleum exploration and development technologies, in particular, to a method for recognizing cracks in a developed image of a drill core core tube.

Предпосылки создания изображенияPrerequisites for creating the image

В области разведки и разработки нефтегазовых месторождений, залежи нефти с трещинами и нефтегазовые залежи под воздействием трещин занимают значительную долю доказанных запасов нефти и газа. Разрыв подземной среды без видимого смещения под действием поля напряжений называется трещиной. В качестве важного пути для транспортировки и накопления нефти и газа, трещины широко распространены в плотных песчаниках. Общий объем геологических ресурсов нефти плотных коллекторов в основных бассейнах Китая составляет около 11-13,5 млрд. тонн, в том числе высокопродуктивные районы в значительной степени подвержены влиянию развития трещин. С другой стороны, ресурсы сланцевой нефти обладают огромным потенциалом, а важным фактором, влияющим на их добычу, является степень развития трещин. Таким образом, изучение характеристик развития трещин в коллекторах становится особенно важным. Распознавание трещин может быть интерпретировано с помощью сейсмических данных; руководствуясь геологическими теориями и законами, используются теория распространения сейсмических волн и принципы способов сейсмической разведки, чтобы получить информацию о характеристиках развития трещин и разломов. Технология сейсмических атрибутов в настоящее время является распространенным средством прогнозирования развития трещин, которая может извлекать атрибуты из объема сейсмических данных или других объемов данных, полученных из-за данного объема сейсмических данных, чтобы получить дополнительную информацию о характеристиках изменений трещин, разломов и т.д. С другой стороны, могут быть обобщены характеристики развития трещин в исследовательской зоне за счет наблюдений за керном, определения шлифов, методов обычного каротажа и фотокаротажа. Наблюдения за керном часто рассчитывают трещины керна с помощью данных искусственных наблюдений, при этом существует большое отклонение. Осуществление точного описания и наблюдения трещин керна в коллекторах имеет больше значение для повышения эффективности разработки нефтегазовых залежей. In the field of oil and gas exploration and development, fractured oil reservoirs and fractured oil and gas reservoirs account for a significant proportion of proven oil and gas reserves. A rupture in an underground environment without visible displacement under the influence of a stress field is called a crack. As an important pathway for the transportation and accumulation of oil and gas, fractures are widespread in tight sandstones. The total geological resources of tight oil reservoirs in China's main basins are about 11-13.5 billion tons, including highly productive areas that are largely affected by fracture development. On the other hand, shale oil resources have enormous potential, and an important factor affecting their production is the degree of fracture development. Thus, studying the characteristics of fracture development in reservoirs becomes especially important. Fracture recognition can be interpreted using seismic data; Guided by geological theories and laws, the theory of seismic wave propagation and the principles of seismic exploration techniques are used to obtain information about the development characteristics of cracks and faults. Seismic attribute technology is now a common fracture prediction tool that can extract attributes from a seismic data volume or other data volumes derived from a given seismic data volume to provide additional information about the change characteristics of fractures, faults, etc. On the other hand, the characteristics of fracture development in the study area can be summarized through core observations, thin-section identification, conventional logging methods and photo logging. Core observations often calculate core fractures using artificial observation data, and there is a large deviation. Accurate characterization and observation of core fractures in reservoirs is of greater importance to improve the efficiency of oil and gas reservoir development.

Распознавание трещин на изображениях очень важно не только в области разведки нефти и газа, но и в различной степени применимо при помощи соответствующих знаний в области строительства туннелей, железнодорожного транспорта, строительства мостов и медицинской визуализации. В последние годы, в области распознавания трещин на основе компьютерного зрения, направление исследований в основном разделено на две части: во- первых, на основе обработки цифровых изображений, осуществляется искусственное распознавание характеристик, и с использованием различных законов характеристик трещин, таких как частоты, края, HOG, градаций серого, текстуры и энтропия, некоторые условия распознавания характеристик устанавливаются для распознавания трещин; традиционная технология распознавания изображений в основном определяет больную зону с помощью значений градаций серого изображения, таких как метод Оцу, обнаружения края и алгоритма наращивания областей, и имеет хороший эффект распознание больных изображений с простым фоном и большим различием градаций серого, но в сложных фонах частота ошибок распознавания выше. Общая проблема традиционной технологии распознавания изображений заключается в низкой точности, высокой частоте ложных сигнализаций, неспособности распознавать болезни на уровне пикселов, талмудической обработке изображений с различными сложными фонами, неспособности гибко распознавать, необходимости вручную извлекать характеристики, и прямом влиянии метода предварительной обработки на эффект распознавания. Во-вторых, на основе глубокого обучения, создается сверточная сеть и используется эту сеть для автоматического поиска характеристик трещин, чтобы машина постоянно саморегулировала в соответствии с определенными законами для достижения эффекта приближения входных данных и выходных данных к этикетке. Принцип метода, основанного на глубоком обучении, заключается в том, чтобы достичь цели распознавания путем построения сетевой модели для обучения большого количества изображений. Этот метод имеет высокую скорость распознавания, но требует данных большого объема для достаточной подготовки, а построенный модель имеет большие размеры, низкую скорость расчетов и большую продолжительность, а характеристические параметры трещин еще не обрабатываются количественно.Crack recognition in images is very important not only in the field of oil and gas exploration, but is also applicable to varying degrees with relevant knowledge in the fields of tunnel construction, railway transport, bridge construction and medical imaging. In recent years, in the field of crack recognition based on computer vision, the research direction is mainly divided into two parts: first, based on digital image processing, artificial feature recognition is carried out, and using various laws of crack characteristics such as frequencies, edges ,HOG, grayscale, texture and entropy, some feature recognition conditions are set for crack recognition; Traditional image recognition technology mainly identifies the diseased area using the grayscale values of the image, such as Otsu method, edge detection and region growing algorithm, and has a good effect of recognizing diseased images with a simple background and large grayscale difference, but in complex backgrounds, the error rate recognition above. The general problem of traditional image recognition technology is low accuracy, high false alarm rate, inability to recognize diseases at the pixel level, Talmudic processing of images with various complex backgrounds, inability to flexibly recognize, the need to manually extract features, and the direct influence of the preprocessing method on the recognition effect. Secondly, based on deep learning, a convolutional network is created, and this network is used to automatically search for crack characteristics, so that the machine constantly self-regulates according to certain laws to achieve the effect of bringing the input data and output data closer to the label. The principle of the deep learning based method is to achieve the recognition goal by building a network model to train a large number of images. This method has a high recognition speed, but requires a large amount of data for sufficient preparation, and the constructed model is large in size, has low calculation speed and long duration, and the characteristic parameters of cracks have not yet been processed quantitatively.

Предмет изобретенияSubject of the invention

Для преодоления недостатков обработки цифровых изображений, настоящее изобретение предоставляет способ распознавания трещин разверткой колонковой трубы керна, который может повысить точность и эффективность извлечения трещин на сложных фонах.To overcome the shortcomings of digital image processing, the present invention provides a method for detecting cracks by scanning a core tube, which can improve the accuracy and efficiency of extracting cracks in complex backgrounds.

Для достижения цели точного извлечения характеристик трещин в случае сильных помех сложного фона, конкретные шаги способа распознавания трещин в развертываемом изображении колонковой трубы керна включают в себя:To achieve the goal of accurately extracting fracture characteristics in the case of strong complex background interference, the specific steps of the method for recognizing fractures in a scanned image of a core core tube include:

шаг 1: получение изображения с помощью промышленных камер и преобразование импортированного исходного изображения от формата RGB до пространственной области HSV;Step 1: Acquire image using industrial cameras and convert imported original image from RGB format to HSV spatial domain;

шаг 2: распознавание характеристик трещин и их извлечение;step 2: crack characteristics recognition and extraction;

шаг 3: преобразование изображения в формат RGB и обработка изображений регулируемой яркости;Step 3: Convert the image to RGB format and process the images with adjustable brightness;

шаг 4: удаление этикетки керна; буровой керн обычно имеет идентификационную этикетку, которая серьезно влияет на распознавание трещин;step 4: remove core label; the drill core usually has an identification label, which seriously affects the recognition of fractures;

шаг 5: локальная бинаризация на основе блока изображения;step 5: local binarization based on image block;

шаг 6: морфологическая обработка изображений.step 6: morphological image processing.

Описание фигурDescription of the figures

На Фиг. 1 показан способ распознавания трещин в развертываемом изображении колонковой трубы бурового керна.In FIG. 1 shows a method for recognizing cracks in a developed image of a drill core tube.

На Фиг. 2 показано исходное развертываемое изображение колонковой трубы бурового керна.In FIG. Figure 2 shows the original unwrapped image of the drill core tube.

На Фиг. 3 показано изображение после обработки цветового пространства HSV.In FIG. Figure 3 shows the image after processing the HSV color space.

На Фиг. 4 показано изображение цветовой пространственной области HSV после удаления этикетки.In FIG. Figure 4 shows the HSV color space domain image after label removal.

На Фиг. 5 показано зональное бинарное изображение блока изображения.In FIG. 5 shows a zonal binary image of an image block.

На Фиг. 6 показано бинарное изображение обычного глобального порога.In FIG. Figure 6 shows a binary image of a conventional global threshold.

На Фиг. 7 показано изображение после обработки способом настоящего изобретения.In FIG. 7 shows an image after processing by the method of the present invention.

Конкретный способ осуществления изобретенияSpecific method for carrying out the invention

Оптимизационный способ осуществления настоящего изобретения описан как ниже более подробно. Хотя оптимизационный способ осуществления настоящего изобретения описан как ниже, следует понимать, что настоящее изобретение может быть осуществлено различными способами, а не должно быть ограничено способом осуществления, описанным здесь. Напротив, эти способы осуществления предоставляются для того, чтобы сделать настоящее изобретение более прозрачным и полным, а также для того, чтобы полностью передать объем настоящего изобретения техническим специалистам в данной области.An optimization method for carrying out the present invention is described in more detail below. Although an optimization method for carrying out the present invention is described as below, it should be understood that the present invention can be implemented in various ways and should not be limited to the method of implementation described here. On the contrary, these modes of implementation are provided in order to make the present invention more transparent and complete, as well as to fully convey the scope of the present invention to those skilled in the art.

В соответствии с процессом способа распознавания трещин в развертываемом изображении колонковой трубы бурового керна (Фиг. 1), предоставленного настоящим изобретением, этот процесс включает в себя следующие конкретные шаги:According to the process of the method for recognizing cracks in a drill core image being developed (FIG. 1) provided by the present invention, the process includes the following specific steps:

В шаге 1, полный керн фиксируется и получается развертываемое изображение колонковой трубы керна с помощью промышленных камер, вращая керн на один круг. Полученное развертываемое изображение основано на нейрофизиологической перспективе, с тремя различными цветовыми рецепторами сетчатки, то есть, красный (R), зеленый (G), синий (B) - три основных цвета. В цветовом пространстве RGB, имеются три канала R, G и B, а диапазон каждого цветового канала находится в пределах [0, 255]. Пространство RGB может представлять в общей сложности 256×256×256 цветов. Наиболее часто используемым цветовым пространством в обработке изображений является модель RGB, которая часто используется для цветового отображения и обработки изображений. Средняя ось от исходной точки до белой вершины представляет собой линию градации серого. В традиционной обработке изображений на основе обработки изображения RGB регулируемой яркости, характеристики оттенка, такие как цветной тон, яркость, насыщенность, выражены вместе. При извлечении характеристик трещины, трещины, очевидно, имеют уникальный цветовой тон, яркость и насыщенность, а применение обработки изображения RGB равносильно бросанию характеристик трещины в цветовом пространстве. Поэтому для лучшего извлечения характеристик трещины, изображение RGB преобразовано в изображение цветовой пространственной области HSV. H (Hue) или H-канал представляет цветной тон, диапазоном значений в пределах 0-360°, и может быть понят как угол, то есть, диапазон значений замкнутого кольца. S (Saturation) или S-канал представляет насыщенность, диапазоном значений в пределах [0, 1]; насыщенность относится к степени свежести цвета, чем выше насыщенность, тем красочнее цвет изображения, и тем сильнее визуальный эффект, и наоборот, чем низкая насыщенность, тем слабее визуальный эффект. V (Value) или V-канал представляет интенсивность, диапазоном значений в пределах [0, 1], и относится к степени яркости цвета, то есть, интенсивность 0 цвета - черный, а интенсивность 1 - белый. В настоящем изобретении преобразуется изображение RGB в изображение HSV для обработки изображения цветовой пространственной области HSV. Преобразование изображения из цветового пространства RGB в цветовое пространство HSV осуществляется согласно следующему принципу:In step 1, the full core is captured and a scanned image of the core core tube is obtained using industrial cameras by rotating the core one circle. The resulting unfolded image is based on a neurophysiological perspective, with three different retinal color receptors, that is, red (R), green (G), blue (B) - the three primary colors. In the RGB color space, there are three channels R, G and B, and the range of each color channel is [0, 255]. RGB space can represent a total of 256x256x256 colors. The most commonly used color space in image processing is the RGB model, which is often used for color display and image processing. The middle axis from the origin to the white apex is a grayscale line. In traditional image processing based on RGB image processing of adjustable brightness, hue characteristics such as hue, brightness, saturation are expressed together. When extracting crack characteristics, cracks obviously have unique color tone, brightness and saturation, and applying RGB image processing is equivalent to throwing crack characteristics into color space. Therefore, to better extract the crack characteristics, the RGB image is converted into an HSV color space domain image. H (Hue) or H-channel represents a color tone, with a range of values ranging from 0-360°, and can be understood as an angle, that is, a range of values in a closed ring. S (Saturation) or S-channel represents saturation, with a range of values between [0, 1]; Saturation refers to the degree of freshness of the color, the higher the saturation, the more colorful the color of the image, and the stronger the visual effect, and conversely, the lower the saturation, the weaker the visual effect. V (Value) or V-channel represents intensity, with a range of values between [0, 1], and refers to the degree of brightness of a color, that is, intensity 0 of a color is black, and intensity 1 is white. The present invention converts an RGB image to an HSV image to process an HSV color space domain image. Conversion of an image from RGB color space to HSV color space is carried out according to the following principle:

Где, R′, G′ и B′ - отношение, соответствующее [0, 1] после преобразования значения каждого пиксела в трех каналах, Dmax, Dmin - максимальное и минимальное значения в R', G' и В', E - разница между максимальным и минимальным значениями, а H, S и V - значения цветного тона, насыщенности и интенсивности, соответственно. К этому времени, изображение RGB было преобразовано в изображение HSV для последующего извлечения основных характеристик трещины.Where, R′, G′ and B ′ are the ratio corresponding to [0, 1] after transforming the value of each pixel in the three channels, Dmax, Dmin are the maximum and minimum values in R', G' and B', E is the difference between the maximum and minimum values, and H, S and V are the hue, saturation and intensity values, respectively. At this time, the RGB image was converted into an HSV image to subsequently extract the main characteristics of the crack.

Еще дальше, в шаге 2 в развертываемом изображении колонковой трубы бурового керна, трещины являются в основном белыми и светлыми, а эта цветовая характеристика используется в качестве основной характеристики трещины, для извлечения характеристик. На исходном изображении (Фиг. 2), полученном и импортированном промышленной камерой, целевая трещина имеет белый и светлый цвет, но существуют сложный фон, черная поверхность керна, красная стрелка, этикетка, искусственные трещины, образовавшиеся при ручной манипуляции, а также другие вещества, такие как грязь, в процессе отбора керна; в настоящее время существующая обычная технология обработки цифровых изображений не специализируется на обработке развертываемых изображений колонковой трубы бурового керна, а после обычной предварительной обработки, то есть, сравнения выравнивания гистограммы после ограниченного адаптивного выравнивания гистограммы, и метода гауссовской фильтрации, хотя характеристики трещины усилены, но красная стрелка, искусственные трещины в соответствующем исходном изображении также усилены, и фон тоже сложен из-за неравномерного цвета поверхности керна. С помощью способа настоящего изобретения, после преобразования изображения RGB в изображение цветового пространства HSV, установки соответствующих значений параметров H, S и V, блокировки и извлечения белых и ярких характеристик трещин в исходном изображении, извлечения цветов HSV, а также заполнения фона, несоответствующего характеристикам трещин, черным цветом (Фиг. 3), заметно, что трещины могут быть полностью извлечены, избежав помех искусственных фальшивых трещин, красной стрелка и сложного фонового цвета.Even further, in step 2, in the drill core image being developed, the fractures are mostly white and light, and this color characteristic is used as the main characteristic of the fracture to extract the characteristics. In the original image (Figure 2) captured and imported by the industrial camera, the target crack is white and light in color, but there are complex background, black core surface, red arrow, label, artificial cracks formed by manual manipulation, and other substances, such as dirt, during the coring process; At present, the existing conventional digital image processing technology is not specialized in processing the unwrappable images of the drill core core pipe, but after conventional pre-processing, that is, histogram equalization comparison after limited adaptive histogram equalization, and the Gaussian filtering method, although the fracture characteristics are enhanced, but the red arrow, the artificial cracks in the corresponding original image are also enhanced, and the background is also complex due to the uneven color of the core surface. Using the method of the present invention, after converting an RGB image to an HSV color space image, setting the H, S, and V parameters to appropriate values, blocking and extracting the white and bright crack characteristics in the original image, extracting the HSV colors, and filling in the background that does not correspond to the crack characteristics , in black (Fig. 3), it is noticeable that the cracks can be completely extracted, avoiding the interference of artificial fake cracks, red arrow and complex background color.

Еще дальше, в шаге 3 выполнена последующая обработка развертываемого изображения колонковой трубы керна HSV после цветного извлечения, а также осуществлены преобразование изображения HSV в изображение RGB, и преобразование изображения RGB в изображение в градациях серого, в котором каждая точка изображения выражена черным цветом с различными насыщенностями, и число [0, 255] обозначает степень «серого цвета». Осуществлено преобразование изображения RGB, то есть, «трехмерного», с тремя каналами, в «двумерное» изображение с одним каналом градации серого. А отношение преобразования значения RGB и значения градации серого показано в следующей формуле:Even further, in step 3, post-processing of the unwrapped HSV core tube image after color extraction is performed, and the HSV image is converted to an RGB image, and the RGB image is converted to a grayscale image, in which each point of the image is expressed in black with different saturations , and the number [0, 255] denotes the degree of "gray". An RGB image, that is, a “three-dimensional” image with three channels, has been converted into a “two-dimensional” image with one grayscale channel. And the conversion relationship of RGB value and grayscale value is shown in the following formula:

где Grey является значением градации серого в пределах [0, 255], а R, G и B соответственно представляют значения в трех каналах RGB. В соответствии с этой формулой, по очереди считаются значения R, G, B каждой точки пиксела, вычисляются значения градации серого, присваивается значение градации серого для соответствующего положения изображения, и после того, как все точки пиксела подвергнуты вышеуказанному процессу один раз, завершена обработка изображений RGB регулируемой яркости.where Gray is a gray value in the range [0, 255], and R, G and B respectively represent the values in the three RGB channels. According to this formula, the R, G, B values of each pixel point are counted in turn, the grayscale values are calculated, the grayscale value for the corresponding image position is assigned, and after all the pixel points are subjected to the above process once, image processing is completed RGB adjustable brightness.

Еще дальше, в шаге 4 буровой керн наклеен этикеткой, а на развертываемом изображении останется этикетка, что серьезно влияет на распознание трещин, и из-за сходства между характеристиками цвета этикетки и трещинами, этикета не удалась в изображения цветового пространства HSV, однако этикета имеет правильную прямоугольную форму и намного больше, чем ширина трещины. Установив подходящее скользящее окно ω×ω, при скольжении окна к этикетке окно полностью заполняется значением градации серого 255, в этот момент распознанная этикетка извлекается, и получается изображение в градациях серого колонковой трубы бурового керна, в котором удалена этикетка (Фиг. 4).Even further, in step 4, the drill core is pasted with a label, and there will be a label left on the unfolded image, which seriously affects the recognition of fractures, and due to the similarity between the color characteristics of the label and the fractures, the label fails in HSV color space images, however the label has the correct rectangular in shape and much larger than the width of the crack. Having set a suitable sliding window ω×ω, when sliding the window towards the label, the window is completely filled with a grayscale value of 255, at which point the recognized label is retrieved, and a grayscale image of the core tube of the drill core in which the label has been removed is obtained (Fig. 4).

Еще дальше, в шаге 5 осуществлена зональная бинаризация полученного изображения в градациях серого на основе блока изображения. Бинаризация изображения является очень важным базовым методом обработки изображений, как правило, используется в качестве технологии предварительной обработки многих методов обработки изображений; например, в отношении извлечения края, распознавания целей, обработки формы, сегментации изображения и оптического распознавание символов, и т.д., сначала может быть осуществлена бинаризация изображения, а затем выполнена последующая обработка. Короче говоря, бинаризация имеет в виду нахождения порога в значениях градаций серого всех пикселов изображения в градациях серого; при превышении порога, присваивают значению градации серого 1, а при значении менее порога, присваивают значению градации серого 0, и так далее по аналогии всеми пикселами изображения, чтобы получить бинарное изображение. Текущие методы бинаризации на основе порогов могут быть разделены на метод глобального порога и метод локального порога. В методе глобального порога используется фиксированный порог для всего изображения, сравнивая значения градаций серого в изображении с порогом, чтобы разделить изображение на фон или цель. Этот метод может хорошо работать для изображений, где пикселы цели и фона могут четко различаться, но не достигает цели различия, когда фон сложен или загрязнен другими помехами. Чтобы преодолеть недостатки метода глобального порога, предыдущие ученые предложили много методов локального порога, в которых больше не выбирается фиксированный порог, а сравнивается значение пиксела в одной точке с значением пиксела в окружающей местной окрестности, и осуществляется адаптивная регулировка порога в соответствии с градациями серого пикселов в локальной окрестности, а эта точка пиксела будет подвергнута бинаризации в соответствии с адаптивным порогом. Сравнивая различные развертываемые изображения колонковой трубы керна, известно, что в цветовой пространственной области HSV, с точки зрения цветовых характеристик, по-прежнему, существует болезнь с теми же характеристиками, что и трещины, но уменьшаются многие помехи больных зон относительно обработки изображений RGB. Согласно определению бинарного изображения в (Фиг. 4), черная зона с градацией серого 0 является фоном, а белая зона с градацией серого 1 является целевой трещиной и больно зоной. Осуществляется бинаризация локального порога изображения. Сначала разделяется изображение в градациях серого на зоны в количестве m×n, а значения m и n могут быть выбраны по размеру исходного изображения для получения подходящих значений. Введено одно значение параметра μ, представляющее среднее абсолютное отклонение значений градаций серого в одной зоне, для определения изменения градаций серого пикселов в зоне. Формула приведена ниже:Even further, in step 5, zonal binarization of the resulting grayscale image is carried out based on the image block. Image binarization is a very important basic image processing method, generally used as a preprocessing technology for many image processing methods; for example, with respect to edge extraction, target recognition, shape processing, image segmentation and optical character recognition, etc., image binarization may be performed first and then post-processing may be performed. In short, binarization refers to finding a threshold in the grayscale values of all pixels in the grayscale image; if the threshold is exceeded, the gray value is assigned 1, and if the value is less than the threshold, the gray value is assigned 0, and so on by analogy with all pixels of the image to obtain a binary image. Current threshold-based binarization methods can be divided into global threshold method and local threshold method. The global thresholding method uses a fixed threshold on the entire image, comparing the grayscale values in the image to a threshold to separate the image into a background or target. This method can work well for images where the target and background pixels can be clearly distinguished, but fails to achieve the goal of distinction when the background is complex or contaminated with other clutter. To overcome the shortcomings of the global threshold method, previous scholars have proposed many local threshold methods, which no longer select a fixed threshold, but compare the pixel value at one point with the pixel value in the surrounding local neighborhood, and adaptively adjust the threshold according to the grayscale of the pixels in local neighborhood, and this pixel point will be binarized in accordance with the adaptive threshold. By comparing different scanned images of the core tube, it is known that in the HSV color space domain, in terms of color characteristics, there is still a disease with the same characteristics as cracks, but many of the interferences of the disease areas are reduced relative to RGB image processing. According to the definition of the binary image in (Fig. 4), the black area with a gray level of 0 is the background, and the white area with a gray level of 1 is the target crack and painful area. The local threshold of the image is binarized. First, the grayscale image is divided into m×n zones, and the values of m and n can be selected according to the size of the original image to obtain suitable values. A single value of the parameter μ, representing the average absolute deviation of gray values in one zone, is introduced to determine the change in gray levels of pixels in a zone. The formula is given below:

где, S - сумма значений градаций серого пикселов в одной зоне, N - количество пикселов в каждой зоне, значение градации серого пиксела № i в одной зоне, а ν - среднее значение пикселов в одной зоне, μ - среднее абсолютное отклонение значений градаций серого пикселов в одной зоне.where, S is the sum of grayscale values of pixels in one zone, N is the number of pixels in each zone, the gray gradation value of pixel No. i in one zone, and ν is the average value of pixels in one zone, μ is the average absolute deviation of the gray gradation values of pixels in one zone.

Выбирают подходящее значение ϕ, и проверяют каждый блок на наличие больной зоны с помощью ϕ. μ (m, n) представляет собой среднее абсолютное отклонение блока зоны (m, n). Среднее абсолютное отклонение может представлять резкость изменения градаций серого в зоне; при наличии трещин, происходит резкое изменение градаций серого от фона, среднее абсолютное отклонение имеет большее значение, и наоборот, при наличии больной зоны или фоновой зоны в блоке зоны, изменение градации серого медленно, среднее абсолютное отклонение имеет меньшее значение. Поэтому, при μ (m, n)> ϕ, это указывает на то, что эта зона является целевой фоновой зоной, то есть, зона с наличием трещин; из-за того, что после извлечения цвета пространственной области HSV, зона с наличием трещин легко распознана из-за большой разницы изменений градаций серого трещины и фона. Таким образом, используется бинаризация по методу Оцу (Otsu), которая является представителем бинаризации глобального порога и адаптивным методом определения порога, предложенным японским ученым Нобуюки Оцу в 1979 г. Алгоритм предполагает, что в соответствии с порогом пикселы изображения могут быть разделены на фон и цель. Рассчитывается этот оптимальный порог для различия этих двух типов пикселов, так что два типа пикселов различаются в максимальной степени.Select a suitable value for ϕ , and check each block for the presence of a diseased area using ϕ . μ(m, n ) represents the mean absolute deviation of the zone block (m, n). The mean absolute deviation can represent the sharpness of the grayscale change in a zone; in the presence of cracks, there is a sharp change in grayscale from the background, the average absolute deviation has a greater value, and vice versa, in the presence of a diseased zone or a background zone in the zone block, the change in grayscale is slow, the average absolute deviation has a smaller value. Therefore, when μ(m, n) > ϕ , this indicates that this zone is the target background zone, that is, the zone with the presence of cracks; due to the fact that after extracting the color of the HSV spatial region, the area with the presence of cracks is easily recognized due to the large difference in grayscale changes between the crack and the background. Thus, Otsu binarization is used, which is a representative of global threshold binarization and an adaptive thresholding method proposed by Japanese scientist Nobuyuki Otsu in 1979. The algorithm assumes that according to the threshold, image pixels can be divided into background and target . This optimal threshold is calculated to differentiate the two types of pixels so that the two types of pixels differ as much as possible.

Принципиальная формула алгоритма Оцу указана как ниже:The principle formula of Otsu's algorithm is given as below:

Предположим, что порог, позволяющий разделять цель и фон, обозначается как T, а значение градаций серого пикселов, превышающее порог T, является целью и, наоборот, фоном. При этом, N0, N1 является количеством пикселов, относящихся к цели и фону, N - общее количество пикселов в зоне №. (m, n), ω0, ω1 - отношение количества пикселов цели к общему количеству пикселов и отношение количества пикселов фона к общему количеству пикселов, соответственно, τ0, τ1 - среднее значение градаций серого пикселов цели и среднее значение градаций серого пикселов фона, τ - среднее значение градаций серого пикселов всего блока зоны, - дисперсия между классами. Входя формулу (16) в формулу (17), получается конечная упрощенная формула формулы (18).Assume that the threshold for separating target and background is denoted by T, and the gray value of pixels greater than the threshold T is the target and, conversely, the background. In this case, N0, N1 is the number of pixels related to the target and background, N is the total number of pixels in zone no. (m, n), ω0, ω1 - the ratio of the number of target pixels to the total number of pixels and the ratio of the number of background pixels to the total number of pixels, respectively, τ0, τ1 - the average gray value of the target pixels and the average gray value of the background pixels, τ - the average grayscale value of the pixels of the entire zone block, - variance between classes. By entering formula (16) into formula (17), the final simplified formula of formula (18) is obtained.

При μ (m, n)≤ϕ, это означает, что зона находится в фоновой зоне или фоновой больной зоне, и для сегментации порогов выбран метод задания локального порога; существует много методов бинаризации локальных порогов, а здесь используется алгоритм Niblack, который представляет собой алгоритм бинаризации на основе локальных характеристиках изображения в градациях серого, со следующим принципом:When μ (m, n)≤ϕ, this means that the zone is in the background zone or background diseased zone, and the local threshold setting method is selected for threshold segmentation; There are many methods for binarizing local thresholds, but here we use the Niblack algorithm, which is a binarization algorithm based on the local characteristics of a grayscale image, with the following principle:

где, (x,y) - точка пикселов центра окна w×w, k(x,y) - выборочное среднее значение в окрестности w×w данной точки, l(x.y) стандартное отклонение в окрестности w×w данной точки, β - диапазон выбора поправочного коэффициента в [0, 1], g(x,y) - значение градаций серого пикселов данной точки, T(x,y) - порог бинаризации данной точки пикселов. Алгоритм Niblack может динамически определять пороги в каждой зоне для отличной обработки неравномерности градаций серого изображения.where, (x,y) is the pixel point of the window center w×w, k(x,y) is the sample average value in the vicinity of w×w of this point , l(xy) is the standard deviation in the vicinity of w×w of this point, β - the selection range of the correction factor is [0, 1], g(x,y) is the grayscale value of the pixels of a given point, T(x,y) is the binarization threshold of a given pixel point. The Niblack algorithm can dynamically determine thresholds in each zone to perfectly handle image grayscale unevenness.

Таким образом, с помощью метода локальной бинаризации на основе изображения с блоками, выполнена бинаризация развертываемого изображения в градациях серого колонковой трубы керна. А после бинаризации (Фиг. 5), больная зона подавляется в определенной степени. Во время проведения прямой бинаризации без извлечения цвета пространства HSV (Фиг. 6), видно, что хотя характеристики трещин хорошо представлены, но трудно удаляется помеха фона.Thus, using the local binarization method based on an image with blocks, binarization of the unfolded grayscale image of the core core tube was performed. And after binarization (Fig. 5), the diseased zone is suppressed to a certain extent. When performing direct binarization without extracting the HSV color space (Fig. 6), it can be seen that although the crack characteristics are well represented, the background noise is difficult to remove.

Еще дальше, в шаге 6, осуществляется морфологическая обработка изображений. В бинарном изображении (Фиг. 5) с локальным порогом блока зоны, полученном в вышеуказанном шаге, видно, что все еще существует много белого цифрового шума. Поэтому для бинарного изображения колонковой трубы керна нужна морфологическая обработка, которая использует цифровую морфологию в качестве инструмента для извлечения из изображения компонентов изображения, полезных для выражения и описания формы зон, таких как расширение, коррозии, операции открытия и закрытия, обработка связной области и т.д. Коррозия может устранить пограничные точки и пограничные дискретные точки. Расширение - это расширение наиболее ярких частей изображения, так что близкие, но отсоединенные трещины могут быть объединены, для создания одной связной области. Сначала для бинарного изображения осуществляется обработка операции открытия, а операция открытия на самом деле является процессом операции сначала для коррозии и потом расширения. Из-за этого, могут быть устранены мелкие объекты, а также отдельные объекты в тонких местах, чтобы сделать большие объекты сглаженными и удалить шум мелкой зернистости без заметного изменения площади объекта. А затем выполняется операция закрытия, чтобы соединяются места, где характеристики трещин прерывисты, и заполняются мелкие пустоты. Наконец, осуществляется очистка порогов площади связной области, и выполняется зрительное наблюдение за площадью зоны трещин в изображении, устанавливается порог площади, удаляется связная область, которая меньше порога площади, и в конце концов завершается морфологическая обработка бинарного изображения.Even further, in step 6, morphological image processing is carried out. In the binary image (Fig. 5) with local zone block threshold obtained in the above step, it can be seen that there is still a lot of white digital noise. Therefore, the binary image of a core tube requires morphological processing, which uses digital morphology as a tool to extract image components from the image that are useful for expressing and describing the shape of zones, such as expansion, corrosion, opening and closing operations, cohesive region processing, etc. d. Corrosion can eliminate boundary points and boundary discrete points. Dilation is the expansion of the brightest parts of the image so that nearby but disconnected cracks can be combined to create one coherent area. The opening operation process is carried out first for the binary image, and the opening operation is actually the operation process for corrosion first and then expansion. Because of this, small objects, as well as individual objects in thin areas, can be eliminated to make large objects smooth and remove fine grain noise without noticeably changing the area of the object. And then a closing operation is performed to connect the places where the crack characteristics are discontinuous and fill the small voids. Finally, the area thresholds of the connected region are cleared, and the area of the crack zone in the image is visually observed, the area threshold is set, the connected region that is smaller than the area threshold is removed, and finally the morphological processing of the binary image is completed.

Способ распознавания трещин в развертываемом изображении колонковой трубы бурового керна имеет очень хороший эффект распознавания трещин с заметными цветовыми характеристиками. В (Фиг. 7) показано окончательное изображение после использования способа распознавания трещин по настоящему изобретению. Ядро настоящего изобретения заключается в том, что осуществлено преобразование изображения RGB в изображение цветовой пространственной области HSV до традиционной обработки цифровых изображений, и за счет извлечения определенного цвета, то есть цветовых характеристик трещины, трещины точно распознаются и извлекаются, а затем выполнено преобразование к изображению RGB для оцифровки изображения. Этот способ добавляет метод бинаризации локального порога под блоками зоны изображения в обычном методе бинарнизации, так что разделение трещин и фона более очевидно, и удаляются зоны помех большой площади для точного сохранения трещины. В конце конов, осуществляется подавление цифрового шума в бинарном изображении с помощью морфологической обработки, и наконец реализовано точное распознавание трещин.The method for recognizing cracks in the unfolded image of a drill core pipe has a very good effect of recognizing cracks with noticeable color characteristics. (FIG. 7) shows the final image after using the crack detection method of the present invention. The core of the present invention is that the conversion of an RGB image into an HSV color space domain image is carried out before traditional digital image processing, and by extracting a specific color, that is, the color characteristics of a crack, cracks are accurately recognized and extracted, and then the conversion is carried out to an RGB image to digitize an image. This method adds a local threshold binarization method under the image area blocks in the conventional binarization method, so that the separation of cracks and background is more obvious, and large area interference zones are removed to accurately preserve the crack. Finally, the digital noise in the binary image is suppressed using morphological processing, and finally accurate crack recognition is realized.

Claims (23)

1. Способ распознавания трещин в развертываемом изображении колонковой трубы бурового керна, отличающийся тем, что включает в себя:1. A method for recognizing cracks in a developed image of a drill core pipe, characterized in that it includes: шаг 1: получение изображения с помощью промышленных камер и преобразование импортированного исходного изображения из формата RGB в цветовое пространство HSV;Step 1: Acquire an image using industrial cameras and convert the imported source image from RGB format to HSV color space; шаг 2: распознавание характеристик трещин и их извлечение;step 2: crack characteristics recognition and extraction; шаг 3: преобразование изображения в формат RGB и обработка изображений регулируемой яркости;Step 3: Convert the image to RGB format and process the images with adjustable brightness; шаг 4: удаление из изображения идентификационной этикетки керна;step 4: remove the core identification label from the image; шаг 5: локальная бинаризация на основе блока изображения;step 5: local binarization based on image block; шаг 6: морфологическая обработка изображений.step 6: morphological image processing. 2. Способ распознавания трещин в развертываемом изображении колонковой трубы бурового керна по п.1, отличающийся тем, что керн фиксируют и получают развертываемое изображение колонковой трубы керна с помощью промышленных камер, вращая керн на один оборот.2. A method for recognizing cracks in a developing image of a drill core core pipe according to claim 1, characterized in that the core is fixed and a developing image of the core core pipe is obtained using industrial cameras, rotating the core one revolution. 3. Способ распознавания трещин в развертываемом изображении колонковой трубы бурового керна по п.2, отличающийся тем, что на исходном изображении, полученном и импортированном промышленной камерой в шаге 2, после преобразования изображения RGB в изображение цветового пространства HSV извлекают белые и яркие характеристики трещин в изображении, а также заполняют фон, несоответствующий характеристикам трещин, черным цветом.3. The method for recognizing cracks in a developed image of a drill core pipe according to claim 2, characterized in that in the original image acquired and imported by the industrial camera in step 2, after converting the RGB image into an HSV color space image, the white and bright characteristics of cracks in image, and also fill the background that does not correspond to the characteristics of the cracks with black color. 4. Способ распознавания трещин в развертываемом изображении колонковой трубы бурового керна по п.3, отличающийся тем, что в шаге 3 обработка изображения регулируемой яркости включает в себя преобразование изображения RGB в изображение в4. The method for recognizing cracks in a developed image of a drill core pipe according to claim 3, characterized in that in step 3, processing the image of adjustable brightness includes converting the RGB image into an image in градациях серого в соответствии с соотношением:grayscale in accordance with the ratio: Grey=0.299×R+0.587×G+0.114×B,Gray=0.299×R+0.587×G+0.114×B, где Grey является значением градации серого в пределах [0, 255], а R, G и B соответственно представляют значения в трех каналах RGB; при этом по очереди считают значения R, G, B каждого пиксела, вычисляют значения градации серого и присваивают значение градации серого для соответствующего положения изображения.where Gray is a gray value in the range [0, 255], and R, G and B respectively represent the values in the three RGB channels; at the same time, the R, G, B values of each pixel are counted in turn, the gray gradation values are calculated, and the gray gradation value is assigned for the corresponding image position. 5. Способ распознавания трещин в развертываемом изображении колонковой трубы бурового керна по п.4, отличающийся тем, что в шаге 4 устанавливают скользящее окно размером ω×ω, при скольжении окна к этикетке окно полностью заполняют значением градации серого 255 и получают изображение в градациях серого колонковой трубы бурового керна, в котором удалена этикетка.5. A method for recognizing cracks in a developed image of a drill core core pipe according to claim 4, characterized in that in step 4 a sliding window of size ω×ω is installed; when sliding the window towards the label, the window is completely filled with a grayscale value of 255 and an image is obtained in grayscale the core tube of a drill core in which the label has been removed. 6. Способ распознавания трещин в развертываемом изображении колонковой трубы бурового керна по п.5, отличающийся тем, что в шаге 5 осуществляют зональную бинаризацию полученного изображения в градациях серого на основе блоков изображения; выбирают пороговое значение ϕ, и проверяют каждый блок с использованием значения ϕ и величины μ(m, n), которая представляет собой среднее абсолютное отклонение блока зоны (m, n) и характеризует резкость изменения градаций серого в зоне; при этом величина μ(m,n)>ϕ, указывает на наличие трещин, а величина μ(m,n)≤ϕ указывает на то, что зона находится в фоновой зоне или фоновой зоне помех;6. A method for recognizing cracks in a developed image of a drill core pipe according to claim 5, characterized in that in step 5, zonal binarization of the resulting image is carried out in grayscale based on image blocks; select a threshold value ϕ, and check each block using the value ϕ and the value μ(m, n), which represents the average absolute deviation of the block of the zone (m, n) and characterizes the sharpness of the change in gray levels in the zone; in this case, the value μ(m,n)>ϕ indicates the presence of cracks, and the value μ(m,n)≤ϕ indicates that the zone is in the background zone or background interference zone; при этом используется бинаризация по методу Нобуюки Оцу (Otsu):In this case, binarization is used according to the Nobuyuki Otsu method: где N0, N1 является количеством пикселов, относящихся к цели и фону, N - общее количество пикселов в зоне (m, n), ω0, ω1 - отношение количества пикселов цели к общему количеству пикселов и отношение количества пикселов фона к общему количеству пикселов соответственно, τ0 и τ1 - среднее значение градаций серого пикселов цели и среднее значение градаций серого пикселов фона, τ - среднее значение градации серого пикселов всего блока зоны, - дисперсия между классами;where N 0 , N 1 is the number of pixels related to the target and background, N is the total number of pixels in the zone (m, n), ω0, ω1 is the ratio of the number of target pixels to the total number of pixels and the ratio of the number of background pixels to the total number of pixels respectively, τ0 and τ1 are the average gray gradation value of the target pixels and the average gray gradation value of the background pixels, τ is the average gray gradation value of the pixels of the entire zone block, - variance between classes; для сегментации порогов используется алгоритм Niblack на основе локальных характеристик изображения в градациях серого:To segment thresholds, the Niblack algorithm is used based on local characteristics of the grayscale image: где, (x,y) - точка пикселов центра окна ω×ω, k(x,y) - выборочное среднее значение в окрестности w×w данной точки, l(x,y) - стандартное отклонение в окрестности w×w данной точки, β - диапазон выбора поправочного коэффициента в [0, 1], g(x,y) - значение градаций серого пикселов данной точки, T(x,y) - порог бинаризации данной точки пикселов.where, (x,y) is the pixel point of the center of the window ω×ω, k(x,y) is the sample average value in the neighborhood w×w of this point, l(x,y) is the standard deviation in the neighborhood w×w of this point , β is the selection range of the correction factor in [0, 1], g (x,y) is the grayscale value of the pixels of a given point, T(x,y) is the binarization threshold of a given pixel point. 7. Способ распознавания трещин в развертываемом изображении колонковой трубы бурового керна по п.6, отличающийся тем, что морфологическая обработка включает в себя подавление цифрового шума в бинарном изображении с помощью морфологической обработки.7. The method for recognizing cracks in a developed image of a drill core pipe according to claim 6, characterized in that the morphological processing includes suppressing digital noise in the binary image using morphological processing.
RU2023117404A 2022-12-22 2023-06-30 Method of recognizing cracks in scanned image of boring core barrel RU2815488C9 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2022116564174 2022-12-22

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2815488C1 RU2815488C1 (en) 2024-03-18
RU2815488C9 true RU2815488C9 (en) 2024-04-25

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006065180A1 (en) * 2004-12-16 2006-06-22 Volvo Aero Corporation A method and a device for detecting cracks in an object
RU2501046C1 (en) * 2012-05-10 2013-12-10 Ильнар Ильясович Хасанов Mine rock core survey method
CN112991370A (en) * 2021-04-08 2021-06-18 重庆大学 Rock core CT crack identification and segmentation method
CN113222923A (en) * 2021-04-30 2021-08-06 广东石油化工学院 Method for identifying crack type based on core photo

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006065180A1 (en) * 2004-12-16 2006-06-22 Volvo Aero Corporation A method and a device for detecting cracks in an object
RU2501046C1 (en) * 2012-05-10 2013-12-10 Ильнар Ильясович Хасанов Mine rock core survey method
CN112991370A (en) * 2021-04-08 2021-06-18 重庆大学 Rock core CT crack identification and segmentation method
CN113222923A (en) * 2021-04-30 2021-08-06 广东石油化工学院 Method for identifying crack type based on core photo

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106651872B (en) Pavement crack identification method and system based on Prewitt operator
CN111415363B (en) Image edge identification method
CN116012316A (en) Crack identification method for drilling core roller scanning picture
CN110838117B (en) Rock face porosity recognition method based on hole wall image
CN108109157B (en) Rock mass evaluation analysis method based on digital panoramic borehole image
CN111368669B (en) Nonlinear optical image recognition method based on deep learning and feature enhancement
CN107545572A (en) The treating method and apparatus of target in image
CN104318051A (en) Rule-based remote-sensing automatic extraction system and method of wide-range water body information
CN114723709A (en) Tunnel disease detection method and device and electronic equipment
CN111080696A (en) Underwater sea cucumber identification and positioning method based on computer vision
CN105093289A (en) Seismic horizon identification method based on image processing
Cheng et al. Image segmentation technology and its application in digital image processing
WO2023132935A1 (en) Systems and methods for segmenting rock particle instances
CN106951863A (en) A kind of substation equipment infrared image change detecting method based on random forest
CN115393734A (en) SAR image ship contour extraction method based on fast R-CNN and CV model combined method
CN111539980A (en) Multi-target tracking method based on visible light
CN111091071A (en) Underground target detection method and system based on ground penetrating radar hyperbolic wave fitting
CN113408547B (en) Multi-temporal multi-polarization SAR landslide extraction method
Ismailova et al. Automated drill cuttings size estimation
CN108460419B (en) Fracture parameter extraction method for fusion of drilling optical image and radar imaging information
RU2815488C9 (en) Method of recognizing cracks in scanned image of boring core barrel
RU2815488C1 (en) Method of recognizing cracks in scanned image of boring core barrel
CN111709423B (en) Rock debris lithology recognition method under PDC drill bit condition matched with lithology feature library
Goussies et al. Tracking of coronal white-light events by texture
Wang et al. Fault detection using color blending and color transformations