全井眼測井圖像生成裝置的製作方法

2023-10-25 19:55:35 1

本發明涉及石油勘探技術領域，具體而言，涉及一種全井眼測井圖像生成裝置。

背景技術：

石油勘探中需要對測井數據進行分析以獲得地質儲層信息及工程技術資料。其中，電成像測井技術可以提供大量高解析度、直觀的地層圖像信息，廣泛應用於碳酸鹽巖、火山巖等複雜巖性的儲層評價。

現目前的電成像測井技術中，由於受電成像測井儀器結構的限制，在獲取測井圖像時無法達到360°全井眼100％覆蓋，會在井周二維圖像上產生規則分布的空白條帶，嚴重影響圖像質量。基於現有技術獲得圖像進行地層分析工作，會導致在對縫洞等儲層參數定量計算時可能產生較大的誤差，甚至錯誤，給後續工作帶來極大困擾。

技術實現要素：

為了克服現有技術中的上述不足，本發明的目的在一種全井眼測井圖像生成裝置，應用於數據處理設備，所述裝置包括：

數據獲取模塊，用於獲得目標窗口範圍內的測井電成像數據；

灰度化模塊，用於對所述目標窗口範圍內測井電成像數據進行灰度化處理，得到灰度圖像；

中心點選取模塊，用於在灰度圖像確定待填充區域，並在所述待填充區域上選取一填充中心點；

待填充塊選取模塊，用於基於所述填充中心點周圍預設紋理檢測範圍內的圖像紋理特徵確定一待填充塊；

篩選模塊，用於基於該待填充塊的大小在所述灰度圖像中選取多個候選填充塊，並基於該待填充塊的平均像素灰度計算得到所述多個候選填充塊與所述待填充塊的相似度，選取一與該待填充塊相似度最高的候選填充塊作為最優填充塊；

填充模塊，用於使用所述最優填充塊對該待填充塊進行圖像填充；

循環模塊，用於控制上述模塊重複確定所述待填充塊並進行圖像填充的步驟，對所述目標窗口範圍內的所有待填充區域進行圖像填充。

進一步地，在上述裝置中，所述灰度化模塊進行灰度化處理的方式，包括：

在所述測井電成像數據上選取未進行灰度化處理的圖像數據，對所述未進行灰度化處理的圖像數據進行歸一灰度化處理得到灰度圖像。

進一步地，在上述裝置中，所述中心點選取模塊選取所述填充中心點的方式，包括：

在所述灰度圖像上選取空白的區域作為待填充區域；

基於像素點周圍預設優先級計算範圍內的像素點置信度及像素點的數據計算所述待填充區域邊界點的優先級，選取一優先級最高的邊界點作為填充中心點。

進一步地，在上述裝置中，所述紋理特徵由所述填充中心點周圍預設紋理檢測範圍內的像素平均梯度模值表徵；所述待填充塊選取模塊包括：

梯度模值計算子模塊，用於計算所述填充中心點周圍預設紋理檢測範圍內的像素平均梯度模值；

選取子模塊，用於基於所述像素平均梯度模值，以所述填充中心點為中心確定一待填充塊的大小。

進一步地，在上述裝置中，所述篩選模塊包括：

候選填充塊生成子模塊，用於在所述填充中心點周圍一預設搜索範圍內的已填充區域中，選取多個與該待填充塊大小相同的候選填充塊；

灰度差異篩選子模塊，用於從多個所述候選填充塊中篩選剔除與所述待填充區域的灰度差異大於預設灰度差異閾值的候選填充塊；

相似度篩選子模塊，用於在篩選後的所述候選填充塊中選取一與所述待填充塊相似度最高的候選填充塊作為最優填充塊。

進一步地，在上述裝置中，所述灰度差異篩選子模塊進行灰度差異篩選的方式，包括：

計算所述待填充塊中已有灰度值的像素點的平均像素灰度，及多個所述候選填充塊中像素點的平均像素灰度；

計算多個所述候選填充塊的平均像素灰度與所述待填充塊的平均像素灰度之差的絕對值，並剔除所述絕對值大於一預設灰度差異閾值的候選填充塊。

進一步地，在上述裝置中，所述候選填充塊與所述待填充塊相似度通過一空間加權灰度距離表徵；所述相似度篩選子模塊選取所述最優填充塊的方式，包括：

針對所述待填充區域中已有灰度值的每個像素點，計算所述像素點與所述候選填充塊中位置對應的像素點的灰度差，獲得所述待填充區域與所述候選填充塊的灰度距離；

採用所述待填充區域與所述候選填充塊中對應像素點的空間距離，對所述灰度距離進行加權計算，獲得所述待填充區域與所述候選填充塊的空間加權灰度距離，並將於所述待填充塊的空間加權灰度距離最小的候選填充塊作為所述最優填充塊。

進一步地，在上述裝置中，所述填充模塊進行圖像填充的方式，包括：

使用所述最優填充塊的圖像數據對所述待填充塊進行圖像填充；

根據所述最優填充塊與所述待填充區域的灰度距離，計算更新獲得所述待填充區域被填充後的像素點的置信度。

進一步地，在上述裝置中，所述裝置還包括：

圖像濾波模塊，用於通過二次函數擬合法對所述目標窗口範圍內填充完成的圖像數據進行濾波，輸出濾波後所述目標窗口範圍內各像素點的灰度數據。

進一步地，在上述裝置中，所述數據獲取模塊還用於：

將所述目標窗口在測井電成像數據中移動一預設步長，並獲取所述目標窗口內的測井電成像數據進行圖像填充。

相對於現有技術而言，本發明具有以下有益效果：

本發明提供的全井眼測井圖像生成裝置，可以根據圖像的紋理特徵自適應地選擇適當的大小填充塊，並基於像素點灰度及像素點距離篩選出最優填充塊進行圖像填充。在對複雜多變的地層圖像進行處理時，獲得的灰度圖像數據精確度及可靠性更強，且計算效率更高。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對範圍的限定，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1為本發明實施例提供的數據處理設備示意圖；

圖2為本發明實施例提供的全井眼測井圖像生成裝置示意圖；

圖3為本發明實施例提供的目標窗口示意圖；

圖4為圖2所示待填充塊選取模塊的子模塊示意圖；

圖5為圖2所示篩選模塊的子模塊示意圖；

圖6為本發明實施例提供的圖像處理效果展示圖。

圖標：100-數據處理設備；110-全井眼測井圖像生成裝置；120-存儲器；130-處理器；111-數據獲取模塊；112-灰度化模塊；113-中心點選取模塊；114-待填充塊選取模塊；1141-梯度模值計算子模塊；1142-選取子模塊；115-篩選模塊；1151-候選填充塊生成子模塊；1152-灰度差異篩選子模塊；1153-相似度篩選子模塊；116-填充模塊；117-循環模塊。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。

因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述並非旨在限制要求保護的本發明的範圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨後的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。

在本發明的描述中，需要說明的是，術語「第一」、「第二」、「第三」等僅用於區分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「設置」、「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

請參照圖1，是本發明較佳實施例提供的一種數據處理設備100。本實施例中，所述數據處理設備100可以是，但不限於，伺服器、個人電腦(personal computer，PC)、個人數字助理(personal digital assistant，PDA)、工作站、工控機等。

所述數據處理設備100包括全井眼測井圖像生成裝置110、存儲器120及處理器130。

所述存儲器120及處理器130各元件相互之間直接或間接地電性連接，以實現數據的傳輸或交互。例如，這些元件相互之間可通過一條或多條通訊總線或信號線實現電性連接。所述全井眼測井圖像生成裝置110包括至少一個可以軟體或固件(firmware)的形式存儲於所述存儲器120中或固化在所述數據處理設備100的作業系統(operating system，OS)中的軟體功能模塊。所述處理器130用於執行所述存儲器120中存儲的可執行模塊，例如所述全井眼測井圖像生成裝置110所包括的軟體功能模塊及電腦程式等。

其中，所述存儲器120可以是，但不限於，隨機存取存儲器(Random Access Memory，RAM)，只讀存儲器(Read Only Memory，ROM)，可編程只讀存儲器(Programmable Read-Only Memory，PROM)，可擦除只讀存儲器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，電可擦除只讀存儲器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。其中，存儲器120用於存儲程序，所述處理器130在接收到執行指令後，執行所述程序。

請參照圖2，本實施例提供了一種應用於圖1所示數據處理設備100的全井眼測井圖像生成裝置110，所述裝置包括數據獲取模塊111、灰度化模塊112、中心點選取模塊113、待填充塊選取模塊114、篩選模塊115、填充模塊116及循環模塊117。

所述數據獲取模塊111用於獲得目標窗口範圍內的測井電成像數據。

具體地，請參照圖3，測井電成像數據為寬度一定，長度沿測井延伸方向增加的數據集。在本實施例中，在所述測井電成像數據上確定一延伸深度為預設窗長的目標窗口，獲取所述目標窗口範圍內的測井電成像數據。在本實施例中，所述預設窗長可以設置為0.5m。

進一步地，所述數據獲取模塊111將所述目標窗口在測井電成像數據中移動一預設步長，並獲取所述目標窗口內的測井電成像數據進行圖像填充。請再次參照圖3，當對所述目標窗口內的測井電成像數據處理完成後，所述數據獲取模塊111將所述目標窗口在測井電成像數據中移動一預設步長，並對移動後所述目標窗口範圍內的測井電成像數據進行處理。在本實施例中，所述步長可以設置為0.25m，每次所述目標窗口移動後，所述目標窗口範圍中的數據是有一半是已經處理過的，如此在進行圖像補全時可以保證補全部分的置信度。

所述灰度化模塊112，用於對所述目標窗口範圍內測井電成像數據進行灰度化處理，得到灰度圖像。

具體地，所述灰度化模塊112在所述測井電成像數據上選取未進行灰度化處理的圖像數據，對所述未進行灰度化處理的圖像數據進行歸一灰度化處理得到灰度圖像。歸一化公式如下：

其中：rij表示所述目標窗口中第i行、第j列像素點的測井電成像數據；rmin、rmax分別表示所述目標窗口內測井電成像數據的最小值、最大值；L表示設定的圖像灰度級別，一般為256。由於測井電成像數據一般遠大於255，故所述灰度化模塊112選取大於255的值進行歸一灰度化處理；小於255為已經過灰度化處理的數據，則所述灰度化模塊112不再做處理。Iij表示所述目標窗口中已經過灰度化處理後第i行、第j列像素點的灰度值。

所述中心點選取模塊113用於在灰度圖像確定待填充區域，並在所述待填充區域上選取一填充中心點。

具體地，在本實施例中，所述中心點選取模塊113按照從左至右的順序在所述灰度圖像上選取空白的區域作為待填充區域。

基於像素點周圍預設優先級計算範圍內的像素點置信度及像素點的數據計算所述待填充區域邊界點的優先級，所述中心點選取模塊113選取一優先級最高的邊界點作為填充中心點。

在本實施例中，記所述邊界點的優先級值P(p)，P(p)值越大，優先級越高，所述中心點選取模塊113從所述邊界點中選取P(p)最大的點作為所述填充中心點。

優先級P(p)計算公式如下：

P(p)＝eC(p)-1[w+(1-w)*D(p)]，

其中，P(p)表示p點優先級的值；C(p)表示預設優先級計算範圍的置信度值；D(p)表示待填充塊的數據值；w表示規則化參數，滿足0<w<1，在本實施例中，w的值可以取0.7。

在上述公式中C(p)及D(p)的計算方式如下：

假設有局部圖像I，預設優先級計算範圍為Ω，所述待填充區域的邊界線為δΩ，已知區域為φ(φ＝I-Ω)，待填充區域內沿邊界線的方形預設優先級計算範圍為Ψp，邊界點p在邊界線δΩ上。則有：

其中：

C(p)表示預設優先級計算範圍的置信度值；C(q)表示預設優先級計算範圍內像素點的置信度值，初始化時，預設優先級計算範圍內每個像素點的置信度值為0，已知區域中的每個像素點的置信度值為1。

D(p)表示預設優先級計算範圍像素的數據值；|Ψp|表示預設優先級計算範圍Ψp的面積(即像素點的個數)，在本實施例中，Ψp可以設置為13*13的像素區域；a表示標準化參數(對於典型的灰度圖像a＝255)；np表示在p點處與填充區域邊界垂直的單位向量；表示p點梯度方向的垂直方向，也稱為等照度線向量，計算公式為：

Ix和Iy分別表示像素點p在x和y方向上的偏微分。

所述待填充塊選取模塊114用於基於所述填充中心點周圍預設紋理檢測範圍內的圖像紋理特徵確定一待填充塊。

具體地，所述紋理特徵由所述填充中心點周圍預設紋理檢測範圍內的平均梯度模值表徵，平均梯度模值小的區域，圖像比較平滑，平均梯度模值較大的區域，圖像包含比較複雜的結構和紋理信息。

請參照圖4，所述待填充塊選取模塊114包括梯度模值計算子模塊1141及選取子模塊1142。

所述梯度模值計算子模塊1141用於計算所述填充中心點周圍預設紋理檢測範圍內的像素平均梯度模值。

在本實施例中，記所述預設紋理檢測範圍內的像素梯度的模值為其計算公式如下：

其中：表示方形領域的平均梯度模值；ε表示預設紋理檢測範圍的邊長，φ(i,j)表示預設紋理檢測範圍第i行、第j列的灰度值，i、j滿足1≤i≤ε、1≤j≤ε。

當預設紋理檢測範圍內圖像中包含豐富的紋理細節和邊緣時，選取較小的填充塊進行圖像填充，而對於較平滑圖像選擇較大的填充塊進行圖像填充可以過得更加可靠的匹配結果。

在本實施例中，需要選取一以所述填充中心點為中心的方形區域作為所述待填充塊，則所述待填充塊的邊長應選擇為一大於1的奇數。同時，為防止所述待填充塊過大導致的計算錯誤，經發明人反覆研究和實驗發現，所述待填充塊的邊長限定在3～13之間時具有最好的圖像處理效果，即待填充塊的大小包括：3x3、5x5、7x7、9x9、11x11、13x13。

故在本實施例中，所述梯度模值計算子模塊1141以所述待填充塊的最大範圍值為所述預設紋理檢測範圍值，即在計算時取ε值為13。

所述選取子模塊1142用於基於所述像素平均梯度模值，以所述填充中心點為中心確定一待填充塊的大小。

在本實施例中，經發明人大量研究和實踐發現，根據所述梯度模值計算子模塊1141得出的所述像素平均梯度模值，可以通過一分段函數確定待填充塊的邊長，分段函數如下：

所述篩選模塊115用於基於該待填充塊的大小在所述灰度圖像中選取多個候選填充塊，並基於該待填充塊的平均像素灰度計算得到所述多個候選填充塊與所述待填充塊的相似度，選取一與該待填充塊相似度最高的候選填充塊作為最優填充塊。

具體的，請參照圖5，所述篩選模塊115包括候選填充塊生成子模塊1151、灰度差異篩選子模塊1152及相似度篩選子模塊1153。

所述候選填充塊生成子模塊1151用於在所述填充中心點周圍一預設搜索範圍內的已填充區域中，選取多個與該待填充塊大小相同的候選填充塊。

在本實施例中，以所述填充中心點為中心，所述候選填充塊生成子模塊1151在一預設搜索範圍內根據與所述填充中心點以由近到遠的策略，搜索已填充區域中與所述待填充塊大小相同的像素塊作為候選填充塊。在本實施例中，所述預設搜索範圍可以設置為100x100像素範圍，所述候選填充塊生成子模塊1151在所述預設搜索範圍中，以5像素單位為搜索步長搜索該預設搜索範圍，生成多個所述候選填充塊。

所述灰度差異篩選子模塊1152用於從多個所述候選填充塊中篩選剔除與所述待填充區域的灰度差異大於預設灰度差異閾值的候選填充塊。

具體地，所述灰度差異為所述候選填充塊的平均像素灰度與所述待填充塊的平均像素灰度之差。在本實施例中，記所述待填充塊平均像素灰度為Gp，計算公式如下，

其中：p表示所述填充中心點，Gp表示p點為中心的待填充塊已有灰度值像素點的平均像素灰度；ε表示所述待填充塊選取模塊114確定的所述待填充塊的邊長；pij表示所述待填充塊中第i行、第j列像素灰度值；g(i,j)表示所述待填充塊內第i行、第j列像素是否參與平均像素灰度計算，g(i,j)＝0參與計算，g(i,j)＝1不參與計算；i、j滿足1≤i≤ε、1≤j≤ε；n、m表示所述待填充塊中參與平均像素灰度計算的像素點個數，滿足1<nm<ε2。

在本實施例中，記所述候選填充塊平均像素灰度為Gk，所述灰度差異篩選子模塊1152計算出每個所述候選填充塊的平均像素灰度Gk與所述待填充塊已有灰度信息的平均像素灰度Gp之差的絕對值Gkp計算公式如下，

Gkp＝|Gk-Gp|

其中：Gk表示第k個候選填充塊的平均像素灰度；Gkp表示第k個候選填充塊平均像素灰度與待填充塊平均像素灰度的差。fk(i,j)表示第k個候選塊的第i行、第j列像素點的灰度值；i、j滿足0<i≤ε、0<j≤ε；ε表示待填充塊與候選填充塊的邊長。

將Gkp與一預設灰度差異閾值TG進行比較，若Gkp大於設定的所述灰度差異閾值TG，則所述灰度差異篩選子模塊1152剔除該候選填充塊；如果Gkp小於設定的所述灰度差異閾值TG，則所述灰度差異篩選子模塊1152保留該候選填充塊。

如此，通過Gkp從候選填充塊中篩選出灰度差異較小的候選填充塊作為可預計算的候選填充塊，剔除掉大部分灰度差異較大的候選填充塊，為下步更精細的候選填充塊優選縮小範圍，極大提高計算效率。

經發明人反覆實驗發現，TG取10時可以最有效的進行所述候選填充塊的剔除，故在本實施例中，所述灰度差異閾值TG的值可以設置為10。

所述相似度篩選子模塊1153用於在篩選後的所述候選填充塊中選取一與所述待填充塊相似度最高的候選填充塊作為最優填充塊。

具體地，在本實施例中，所述候選填充塊與所述待填充塊相似度通過一空間加權灰度距離表徵。

所述空間加權灰度距離根據所述候選填充塊與所述待填充塊的灰度距離計算獲得，記所述灰度距離為GD，計算公式如下：

其中：d(Ψp,Ψq)表示候選填充塊Ψq與待填充塊Ψp之間的灰度距離；ε表示待填充塊與候選填充塊的邊長；pij、qij分別表示待填充塊和候選填充塊內第i行、第j列像素灰度值；f(i,j)表示待填充塊內第i行、第j列像素是否參與相似度計算，f(i,j)＝0參與計算，f(i,j)＝1不參與計算；ω(pij,qij)表示待填充塊和候選塊填充內第i行、第j列像素的空間距離；i、j滿足0<i≤ε、0<j≤ε；分別為在搜索區域內點坐標，滿足

獲得所述灰度距離後，所述相似度篩選子模塊1153以像素點空間距離的倒數作為加權因子對所述灰度距離進行加權計算獲得所述空間加權灰度距離，計算公式如下：

所述空間加權灰度距離越小則該候選填充塊與所述待填充塊之間的相似度越高。所述相似度篩選子模塊1153選取所述候選填充塊中與所述待填充塊空間加權灰度距離最小的候選填充塊作為最優填充塊。

在本實施例中，採用所述空間加權灰度距離來度量所述待填充塊與所述候選填充塊相似度法，不僅考慮了灰度值的相似性，還考慮了待填充塊與候選塊的各自像素點之間灰度值的變化關係，採用這種方法優選的匹配塊更加精確。

所述填充模塊116用於選取一與該待填充塊相似度最高的候選填充塊對該待填充塊進行圖像填充。

所述填充模塊116使用所述最優填充塊的圖像數據對所述待填充塊進行圖像填充。

在填充後，所述填充模塊116根據所述最優填充塊與所述待填充區域的灰度距離，計算更新獲得所述待填充區域被填充後的像素點置信度，計算公式如下：

其中：如果最優填充塊對應的灰度距離GD小於一設定的灰度距離閾值μ，則新填充像素點的置信度值為1，認為完全可信；若最優填充塊的GD值大於設定的所述灰度距離閾值μ，新填充像素點的置信度值用最優填充塊的置信度值進行更新。在本實施例中，灰度距離閾值μ可以設置為3。

所述循環模塊117用於控制上述模塊重複確定所述待填充塊並進行圖像填充的步驟，對所述目標窗口範圍內的所有待填充區域進行圖像填充。

進一步地，所述裝置還可以包括圖像濾波模塊。

所述圖像濾波模塊用於對填充完成的灰度圖像採用五點二次函數擬合法對所述目標窗口內的灰度圖像進行濾波，輸出濾波後所述目標窗口範圍內各像素點的灰度數據。

基於上述設計，本發明提供的全井眼測井圖像生成裝置110相對現有技術可以根據圖像的紋理特徵自適應地選擇適當的填充塊，並基於所述空間加權灰度距離準確的選取最優填充塊。在對複雜多變的地層圖像進行處理時，獲得的灰度圖像，數據精確度及可靠性更強，其計算效率更高。請參照圖6，通過本發明提供的全井眼測井圖像生成裝置110對測井圖像進行處理，準確清晰地補全的測井圖像的空白，使勘測人員能夠從處理後的測井圖像中更準確的對地層構造進行分析。

需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個……」限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨後的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。

以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應所述以權利要求的保護範圍為準。