一種巖心巖屑圖像採集裝置及圖像採集、處理方法
2023-07-13 18:41:41
專利名稱：一種巖心巖屑圖像採集裝置及圖像採集、處理方法
技術領域：
本發明涉及一種圖像採集裝置及圖像採集、處理方法，尤其涉及一種巖心巖屑圖像採集裝置及圖像採集、處理方法。
背景技術：
巖心是石油地質勘探開發研究工作中寶貴的、不可再生的實物資料，石油地質工作中大量的原始數據都來源於巖心。巖心出筒後，一方面經人工劈開、截斷和現場採樣，或經科研人員分析、觀察、取樣會造成巖心信息的損失，另一方面時間一長巖心風化也會造成信息的損失，這些因素使得後續的地質研究無法復原巖心出筒時的信息描述，降低了巖心的使用價值。為了解決這一難題，現在已經開始出現了數位化的巖心掃描儀採集設備，它是集彩色數字成像，計算機圖像處理、分析、識別、自動控制等應用技術於一體的地質錄井模式， 提高了地質錄井工作的效率。中國專利公開的專利號為ZL200920096918. 5的專利公布了一種數位化巖心圖像掃描儀，實現了巖心信息的永久保存。它的原理是應用計算機控制的方式對巖心的表面進行圖像的採集，但是仍存在一些不足(1)膠輥之間的距離需根據巖心的直徑大小進行調整，會造成巖心旋轉的不均勻；( 主要針對較大直徑(大於3cm)巖心的採集，對更小直徑巖心(如柱塞狀巖心、井壁取心等)採集，因膠輥間的最小距離大於直徑，會導致巖心的滾落；C3)設備重、體積大、不便於攜帶，不適於地質、油田等錄井部門的現場採集；(4)智能化程度低，不能進行系統的自檢，報警功能，故障定位比較困難，難於維護；(5)燈光控制不精確，圖像的清晰度、對比度不足；(6)樣品的移位機構為單軌，移位控制不夠精確；(7)調焦精度不夠，圖像效果不能令人滿意；(8)圖像的處理如圖像拼接、光照均衡等方法不夠好導致處理後圖像失真度較高。
發明內容
本發明的目的就在於為了解決上述問題而提供一種針對體積極小的巖心進行高智能化、高保真圖像採集的巖心巖屑圖像採集裝置及圖像採集、處理方法。為了達到上述目的，本發明採用了以下技術方案本發明的巖心巖屑圖像採集裝置，包括外殼、機架，在機架內安裝有垂直方向的垂直支架，在垂直支架上安裝有圖像採集頭和燈架，在機架的中上部分安裝有液晶顯示觸控螢幕、數字鍵盤、主控電路系統，主控電路系統還外接PC主機，在機架的中下部分安裝有樣品盒、樣品旋轉機構和樣品移位機構，上述部件中，燈架內包括白光燈管和螢光燈管，圖像採集頭的數據信號端與主控電路系統的攝像數據信號端對應連接，數字鍵盤與液晶顯示觸控螢幕連接，液晶顯示觸控螢幕與主控電路系統的對應埠連接，樣品旋轉機構的控制信號輸入端與主控電路系統的樣品旋轉控制信號輸出端對應連接；其中
在所述燈架內設置有與白光燈管和螢光燈管的電源輸入端連接的燈光轉換裝置， 所述燈光轉換裝置的控制信號輸入端與所述主控電路系統的燈光控制信號輸出端對應連接；在所述燈架內安裝有濾鏡和濾鏡移位機構，所述濾鏡位於所述燈架的中間位置，所述濾鏡與所述濾鏡移位機構連接，所述濾鏡移位機構的控制信號輸入端與所述主控電路系統的濾鏡移位控制信號輸出端對應連接；所述樣品移位機構包括水平面內的「X軸」與「Y軸」兩個方向的導軌、「X軸」與「Y軸」兩個方向的步進電機、減速箱，所述「X軸」與「Y軸」兩個方向的步進電機的控制信號輸入端分別與所述主控電路系統的樣品移位控制信號輸出端對應連接。濾鏡主要用於螢光照射，使螢光光線更加純正，拍出的圖像效果更好，其智能化移位控制也相當快速和精確。而由水平面內的「X軸」與「Y軸」兩個方向的導軌構成的樣品移位機構則能保證其移位更加準確。進一步，所述濾鏡移位機構的結構為濾鏡移位電機的齒輪與齒條相互咬合連接， 齒條的一端與所述濾鏡連接，所述濾鏡移位電機的控制信號輸入端與所述主控電路系統的濾鏡移位控制信號輸出端對應連接。這是一種簡潔、快速、高效的自動化控制移位結構。進一步，所述白光燈管和螢光燈管分布於燈架的兩側，每一側均包括數量相同、位置對稱的白光燈管和螢光燈管；每一側的所有燈管所在平面與水平面之間的夾角為45度。 這種結構使光照更加均勻。進一步，所述樣品旋轉機構的結構為包括兩根相互平行的膠輥、樣品旋轉電機、 皮帶，在兩根膠輥的同一端均設置有齒輪，這兩個齒輪與所述樣品旋轉電機的齒輪形成三角形位置關係，所述兩根膠輥的齒輪與所述樣品旋轉電機的齒輪通過同一條皮帶形成三角形連接，所述樣品旋轉電機的控制信號輸入端與所述主控電路系統的樣品旋轉控制信號輸出端對應連接。當電機轉動時，由於皮帶的作用，兩根膠輥跟著一起向相同方向轉動，這樣放在兩根膠輥上的樣品由於摩擦阻力會跟著膠輥向相反方向轉動，由於兩根膠輥的旋轉完全同步，所以樣品的旋轉控制非常精確。進一步，所述「X軸」與「Y軸」兩個方向的導軌均為雙導軌，保證樣品旋轉機構運動過程中的平穩。進一步，在所述液晶顯示觸控螢幕和所述數字鍵盤的下方設置有蜂鳴器，所述蜂鳴器的控制信號輸入端與所述主控電路系統的蜂鳴控制信號輸出端對應連接。在某一個部件發生故障時，主控電路系統會及時檢測到故障信息並以聲音報警的方式提醒操作者，便於故障的及時發現和排除。本發明還提供所述巖心巖屑圖像採集裝置的圖像採集方法，包括對焦，所述對焦為自動對焦，其方法為(1)程序開始，判斷當前是否啟動自動對焦選項，若否，則結束不執行自動對焦程序，若是，則進入下一步驟；(2)尋找清晰焦距的方向；(3)確定調焦方向，清晰焦距的方向為正確方向，若方向不正確，則返回第二步驟繼續尋找清晰焦距的方向，若方向正確，則進入下一步驟；(4)調節焦距；(5)比較當前清晰度是否大於前次調焦清晰度，若大於，則返回第四步驟繼續調節焦距，若小於，則進入下一步驟；(6)進行一次焦距反調，調焦結束。所述步驟O)的具體方法為先計算出當前圖像的清晰度，再對焦距進行一次拉遠操作，並計算拉遠後圖像的清晰度，然後比較兩次圖像的清晰度，若後一次圖像清晰度大於前一次圖像清晰度，則確定當前調焦方向為清晰焦距方向，否則，再重複上述操作，直到找到清晰焦距方向。本發明還提供巖心巖屑圖像採集裝置的圖像處理方法，包括對圖像的光照均衡、 色彩校正的方法和對小巖心360度柱面採集的圖像的拼接方法，所述拼接為自動拼接，其方法為(1)程序開始，判斷當前是否退出線程，若沒有，則退出本程序，若是，則進入下一步驟；( 對第一幅圖像進行局部光照均衡；C3)以第一幅圖像做參照，對第二幅圖像進行亮度校正及光照均衡；C3)找兩幅圖像的重疊區域，方法為取第一幅圖片底部一定行數的像素區域，從第二幅圖片的起始行開始進行比較，之後再下移一行，在該搜索過程中，兩幅圖片的所有像素點差值和最小的像素區域對應的起始行為該重疊區域的起始行；(4)找重疊區域的最佳拼接線，方法為從重疊區域各行第一個像素點開始，取其與上、下、右像素差值最小的像素點作為下一節點，各路線中差值和最小的路線即為最佳拼接線；(5)依據最佳拼接線移動圖像數據並重新設置待拼接圖像數據；(6)判斷循環是否結束，若不是，則返回第二步驟重新處理，若是，則裁剪最後一幅圖像的重疊圖像，程序結束。本發明所述巖心巖屑圖像採集裝置的圖像處理方法，其中，所述對圖像的光照均衡的方法為在視場區域放置目標和一張白紙片，白紙片位於視場區域右側，白紙片區域選擇為白平衡區域，每次採集視場圖片分割成目標區域和白平衡區域，將採集的第一幅圖像的白平衡區域作為標準白平衡區域，其餘圖像白平衡區域紅色、綠色、藍色各分量所有像素點累加值與標準白平衡區域紅色、綠色、藍色各分量所有像素點累加值的比值作為各圖像目標區域的均衡係數，目標區域像素點各分量與均衡係數的乘積作為光照均衡的輸出，從而實現光照均衡；所述色彩校正方法為首先在視場區域放置的目標為全白標準樣品，並對其採集的圖像作為色彩校正標準圖片，計算目標區域像素點的校正係數，採集圖片的目標區域像素點各分量與校正係數的乘積作為色彩校正的輸出，其中，校正係數的計算的方法是取標準圖片當前像素點左右相鄰數個像素點各分量的均值與純白色中紅色、綠色、藍色的比值。上述自動對焦、圖像自動拼接為全自動化控制，只需一個啟動指令即可自動完成對焦的工作，相比人工對焦要精確、快速得多；而光照均衡的處理則是在需要的時候自動進行，以使圖像的光線效果達到最佳。本發明的有益效果在於本發明中的巖心巖屑圖像採集裝置能夠用於地質、油田等錄井部門現場採集巖心、巖屑圖像，適應複雜多變的環境，可以廣泛應用於地質、石油領域中，本發明中的圖像採集、處理方法，使圖像的採集更加清晰、準確，使處理後的圖像更加精確、失真度低，是巖心巖屑圖像採集裝置及應用領域的根本性進步，其進步性具體體現如下(1)既可採集小巖心(柱塞狀巖心、井壁取心等)，也可採集巖屑；(2)既可採集白光圖像，還可採集螢光圖像，白光和螢光光源自動切換；(3)體積小、重量輕，攜帶方便，適於現場採集；(4)光源的設計避免了圖像左右光照不均勻的現象；(5)圖像採集頭的自動對焦，普通的數位化巖心掃描儀要根據巖心的表面高度，調整採集頭，以確定一個合適的物距，本裝置採用鏡頭自動對焦的技術，完全實現自動化，不需要人工調整採集頭；
(6)對系統所有狀態的實時檢測，並且有自檢與報警功能，利於系統的維護；(7)智能化程度高，本裝置採用液晶顯示，也可以通過觸控螢幕來控制系統各部分運動機構的執行，與計算機控制有相同權限，一般用於脫機模式的系統檢測與維修；(8)柱面圖像的自動拼接。圖像拼接的方法包括尋找採集圖像的重疊區域，尋找最佳拼接線，然後進行多幅圖像的拼接，完成整個巖心表面圖像的重建。
圖1是本發明中巖心巖屑圖像採集裝置去掉外殼後的立體圖；圖2是本發明中巖心巖屑圖像採集裝置的樣品移位機構的立體圖；圖3是本發明中巖心巖屑圖像採集裝置的燈架的立體圖；圖4是本發明中巖心巖屑圖像採集裝置的樣品旋轉機構的立體結構示意圖；圖5是本發明中巖心巖屑圖像採集裝置的電路原理框圖；圖6是本發明中巖心巖屑圖像採集裝置的圖像採集方法中的自動對焦方法的流程圖；圖7是本發明中巖心巖屑圖像採集裝置的圖像採集方法中的自動圖像拼接方法的流程圖。其中1-手柄，2-機架，3-圖像採集頭，5-復位按鈕，6-主控電路系統，7-蜂鳴器， 8-液晶顯示觸控螢幕，9-數字鍵盤，10-垂直支架，11-燈架，12-電源開關，13-前面板，15-艙門，16-樣品旋轉機構，17- 「Y軸」方向的導輪，18- 「X軸」方向的導輪，19- 「Y軸」方向的減速箱，20- 「Y軸」方向的步進電機，21-風扇，22- 「X軸」方向的步進電機，23- 「X軸」方向的減速箱，25- 「X軸」方向的滑塊，26- 「X軸」方向的導軌，27- 「Y軸」方向的滑塊，28- 「X 軸」方向的絲杆，29- 「Y軸」方向的導軌，30- 「Y軸」方向的絲杆，31-螢光燈管，32-白光燈管，33-齒輪，35-齒條，36-濾鏡移位電機，37-燈光轉換裝置，38-濾鏡，39-樣品盒，40-膠輥，41-樣品旋轉電機。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步具體描述如圖1所示，本發明中的巖心巖屑圖像採集裝置，包括外殼(圖中不可視)、機架 2，在機架2安裝有手柄1，在機架2內安裝有垂直方向的垂直支架10，在垂直支架10上安裝有圖像採集頭3和燈架11，圖像採集頭3位於機架2的上部，固定在垂直支架10上，燈架11位於圖像採集頭3的下方，在機架2的中上部分安裝有液晶顯示觸控螢幕8、數字鍵盤 9、主控電路系統6，數字鍵盤9與液晶顯示觸控螢幕8連接，液晶顯示觸控螢幕8、數字鍵盤9位於圖像採集頭的正前方，在液晶顯示觸控螢幕8的下方有兩個按鈕，一個是電源開關12，一個是復位按鈕5，主控電路系統6還外接PC主機(圖中不可視)，在機架2的中下部分安裝有樣品盒(圖1中不可視)、樣品旋轉機構16和樣品移位機構，上述部件中，如圖3所示，燈架11內包括白光燈管32和螢光燈管31。結合圖1，在機架2的底部、垂直支架10的右面是數據傳輸板和系統的總電源開關(圖中不可視)，在垂直支架10的左邊為風扇21，機架2 底部的靠右面板為穩壓電源和電機驅動器(圖中不可視)，穩壓電源和系統電源開關相接。 液晶顯示觸控螢幕8和數字鍵盤9配合完成相應操作，液晶顯示觸控螢幕8用來實時顯示系統當前狀態信息，例如當前是脫機或聯機模式，環境溫度、燈管溫度、溼度、電壓、電流、艙門狀態、濾鏡狀態、系統運行是白光模式還是螢光模式等信息。液晶顯示觸控螢幕8還可以做為控制端，通過按鍵或觸摸方式來控制整個系統的各部分執行機構的運轉。如圖3所示，在燈架11內設置有與白光燈管32和螢光燈管31的電源輸入端連接的燈光轉換裝置37 ；在燈架11內安裝有濾鏡38和濾鏡移位機構，濾鏡38位於燈架11的中間位置，濾鏡移位機構的結構為濾鏡移位電機36的齒輪33與齒條35相互咬合連接，齒條35的一端與濾鏡38連接；使用時，在主控電路系統6的控制下，濾鏡移位電機36的齒輪 33帶動齒條35運動，從而帶動濾鏡38移動，達到白光和螢光圖像採集時對濾鏡38進行切換的目的。如圖2所示，樣品移位機構包括水平面內的「X軸」方向的導軌沈與「Y軸」方向的導軌29，導軌沈和導軌四均為雙導軌，保證樣品旋轉機構16運動過程中的平穩，從而保證了採集到的圖像的質量；樣品移位機構包括還「X軸」方向的步進電機22與減速箱23、 「Y軸」方向的步進電機20與減速箱19。樣品旋轉機構16固定在樣品移位機構上，既可以在「Y軸」方向運動，也可以在「X軸」方向運動。具體地，如圖2所示，「X軸」方向運動機構由絲杆觀、滑塊25、導軌26、導輪18、步進電機22、減速箱23、連軸器組成，滑塊25裝在導軌沈上，由步進電機22驅動，絲杆28通過連軸器與步進電機22相連，減速箱23安裝在步進電機22的一端，步進電機22帶動滑塊25做「X」方向運動；「Y軸」方向運動機構由絲杆 30、滑塊27、導軌四、導輪17、步進電機20、減速箱19、連軸器組成，滑塊27裝在導軌四上， 由步進電機20驅動，絲杆30通過連軸器與步進電機20相連，減速箱19安裝在步進電機20 的一端，步進電機20帶動滑塊27做「Y」方向運動。。如圖3所示，白光燈管32和螢光燈管31分布於燈架11的兩側，每一側均包括數量相同、位置對稱的白光燈管32和螢光燈管31 ；每一側的所有燈管所在平面與水平面之間的夾角為45度。這種結構使光照更加均勻，確保了採集過程中光線的亮度和強度，從而保證了採集到的圖像的質量。如圖4所示，樣品旋轉機構16的結構為包括兩根相互平行的膠輥40 (圖中可視一根)、樣品旋轉電機41、皮帶(圖中不可視)，在兩根膠輥40的同一端均設置有齒輪皮帶 (圖中不可視)，這兩個齒輪與樣品旋轉電機41的齒輪形成三角形位置關係皮帶(圖中不可視)，兩根膠輥40的齒輪與樣品旋轉電機41的齒輪通過同一條皮帶形成三角形連接皮帶 (圖中不可視)。如圖3所示，當樣品旋轉電機41轉動時，由於皮帶的作用，兩根輥軸40跟著一起向相同方向轉動，這樣放在兩根膠輥40上的樣品(置於樣品盒39內)由於摩擦阻力會跟著膠輥40向相反方向轉動。由於三個齒輪成正三角形，結構比較穩定，由於還通過同步皮帶傳動，使兩個膠輥40的轉動更加穩定，趨於勻速，使膠輥40的轉速、旋轉角度更加準確。並且由於採用的是步進電機驅動器加步進電機的控制模式，可以有效的細分方波，使得膠輥40的控制更加精確，更加利於控制，採集到的圖像質量更加好，進而達到我們採集到的圖像的理想效果。如圖1所示，在液晶顯示觸控螢幕8和數字鍵盤9的下方設置有蜂鳴器7。蜂鳴器7 安裝在機架2的前面板13上，在某一個部件發生故障時，主控電路系統6會及時檢測到故障信息並以聲音報警的方式提醒操作者，便於故障的及時發現和排除。如圖5所示，本發明中的巖心巖屑圖像採集裝置的電路連接如下數據傳輸板(即圖中的USB接口板)和PC主機、圖像採集頭、主控電路系統(核心為MCU控制器)相連接， 圖像採集頭的數據信號端與主控電路系統的攝像數據信號端對應連接，液晶顯示觸控螢幕與主控電路系統的對應埠連接，樣品旋轉電機的控制信號輸入端與主控電路系統的樣品旋轉控制信號輸出端對應連接，濾鏡移位電機的控制信號輸入端與主控電路系統的濾鏡移位控制信號輸出端對應連接，(白光/螢光)燈光轉換裝置的控制信號輸入端與主控電路系統的燈光控制信號輸出端對應連接，「X軸」與「Y軸」兩個方向的步進電機的控制信號輸入端分別與主控電路系統的樣品移位控制信號輸出端對應連接，蜂鳴器的控制信號輸入端與主控電路系統的蜂鳴控制信號輸出端對應連接。結合圖1，本發明中的圖像採集頭3，由CXD ( S卩電荷藕合器件圖像傳感器)、外圍固定結構、航空插頭組成。CCD由外圍固定結構固定，保證CCD不會有細微的移動而影響採集圖像的質量，採用航空插頭保證物理連接的高可靠，使得CCD的數據傳輸與電源可靠穩定， 可以保證高速的數據傳輸。結合圖1-圖5，當採集小巖心360度柱面圖像時，由計算機控制步進電機20驅動樣品移位機構沿「Y軸」方向向著艙門15方向運動，直到把艙門15推開，然後人工將小巖心 (直徑1英寸，長度8-lOcm)放在膠輥40上。再由計算機控制步進電機20驅動樣品移位機構沿「Y軸」向相反方向運動，直到預設位置為止。接著進入預覽模式，並採用自動對焦方法，由計算機控制來調整巖心表面與圖像採集頭3的距離，直到找到一個最合適的焦平面。 然後由計算機發出命令選擇白光或螢光模式，若選擇白光模式下柱面採集，白光燈亮，計算機控制濾鏡移位電機36使濾鏡38離開圖像採集頭3的正下方，然後控制樣品旋轉電機41 使膠輥40旋轉，每旋轉15角度，採集一次圖像並傳送到計算機，直到完成柱面360度的白光或螢光採集，共M幅圖像。並從第二幅圖像採集開始就進行圖像拼接。當採集M幅後， 拼接即完成，從而重建一幅完整的小巖心柱面圖像並保存起來，以方便以後的管理和分析。 若選擇螢光模式下柱面採集，螢光燈亮，計算機控制濾鏡移位電機36使濾鏡38運動到圖像採集頭3的正下方，然後計算機控制樣品旋轉電機41使膠輥40旋轉，重複白光模式下柱面圖像採集操作。當採集小巖心剖面圖像時，同樣由計算機控制步進電機20驅動樣品移位機構沿 「Y軸」方向向著艙門15方向運動，直到把艙門15推開，然後人工將小巖心(直徑1英寸， 長度8-lOcm)放在膠輥40上。再由計算機控制步進電機20驅動樣品移位機構沿「Y軸」向相反方向運動，直到預設位置為止。接著進入預覽模式，並採用自動對焦方法，由計算機控制來調整巖心表面與圖像採集頭3的距離，直到找到一個最合適的焦平面。然後由計算機發出命令選擇白光或螢光模式，若選擇白光模式下剖面採集，白光燈亮，計算機控制濾鏡移位電機36使濾鏡38離開圖像採集頭3的正下方，並控制圖像採集頭3進行採集。若選擇螢光模式下柱面採集，螢光燈亮，計算機控制濾鏡移位電機36使濾鏡38運動到圖像採集頭 3的正下方，然後控制圖像採集頭3進行螢光圖像採集。當採集破碎的小巖心或巖屑圖像時，首先樣品盒39需固定在樣品旋轉機構16上。 由計算機控制步進電機20驅動樣品移位機構沿「Y軸」方向向著艙門15方向運動，直到把艙門15推開，然後人工將破碎小巖心或巖屑置於樣品盒39內。再由計算機控制步進電機 20驅動樣品移位機構沿「Y軸」向相反方向運動，直到預設位置為止。然後由計算機發出命令選擇白光或螢光模式，若選擇白光模式下採集，白光燈亮，計算機控制濾鏡移位電機36使濾鏡38離開圖像採集頭3的正下方，並控制圖像採集頭3進行採集。若選擇螢光模式下柱面採集，螢光燈亮，計算機控制濾鏡移位電機36使濾鏡38運動到圖像採集頭3的正下方，然後控制圖像採集頭3進行螢光圖像採集。 如圖6所示，本發明中的巖心巖屑圖像採集裝置的圖像採集方法，包括對焦，所述對焦為自動對焦，其方法為(1)程序開始，判斷當前是否啟動自動對焦選項，若否，則結束不執行自動對焦程序，若是，則進入下一步驟；(2)尋找清晰焦距的方向；(3)確定調焦方向，清晰焦距的方向為正確方向，若方向不正確，則返回第二步驟繼續尋找清晰焦距的方向，若方向正確，則進入下一步驟；(4)調節焦距；(5)比較當前清晰度是否大於前次調焦清晰度，若大於，則返回第四步驟繼續調節焦距，若小於，則進入下一步驟；(6)進行一次焦距反調，調焦結束。所述第二步驟的具體方法為先計算出當前圖像的清晰度，再對焦距進行一次拉遠操作，並計算拉遠後圖像的清晰度，然後比較兩次圖像的清晰度，若後一次圖像清晰度大於前一次圖像清晰度，則確定當前調焦方向為清晰焦距方向，否則，再重複上述操作，直到找到清晰焦距方向。如圖7所示，本發明中的巖心巖屑圖像採集裝置的圖像處理方法，包括對圖像的光照均衡、色彩校正的方法和對小巖心360度柱面採集的圖像的拼接方法，所述拼接為自動拼接，其方法為(1)程序開始，判斷當前是否退出線程，若沒有，則退出本程序，若是，則進入下一步驟；( 對第一幅圖像進行局部光照均衡；C3)以第一幅圖像做參照，對第二幅圖像進行亮度校正及光照均衡；C3)找兩幅圖像的重疊區域，方法為取第一幅圖片底部一定行數的像素區域，從第二幅圖片的起始行開始進行比較，之後再下移一行，在該搜索過程中，兩幅圖片的所有像素點差值和最小的像素區域對應的起始行為該重疊區域的起始行； (4)找重疊區域的最佳拼接線，方法為從重疊區域各行第一個像素點開始，取其與上、下、 右像素差值最小的像素點作為下一節點，各路線中差值和最小的路線即為最佳拼接線；(5) 依據最佳拼接線移動圖像數據並重新設置待拼接圖像數據；(6)判斷循環是否結束，若不是，則返回第二步驟重新處理，若是，則裁剪最後一幅圖像的重疊圖像，程序結束。本發明中的巖心巖屑圖像採集裝置的圖像處理方法中，所述對圖像的光照均衡的方法為在視場區域放置目標和一張白紙片，白紙片位於視場區域右側，白紙片區域選擇為白平衡區域，每次採集視場圖片分割成目標區域和白平衡區域，將採集的第一幅圖像的白平衡區域作為標準白平衡區域，其餘圖像白平衡區域紅色、綠色、藍色各分量所有像素點累加值與標準白平衡區域紅色、綠色、藍色各分量所有像素點累加值的比值作為各圖像目標區域的均衡係數，目標區域像素點各分量與均衡係數的乘積作為光照均衡的輸出，從而實現光照均衡；所述色彩校正方法為首先在視場區域放置的目標為全白標準樣品，並對其採集的圖像作為色彩校正標準圖片，計算目標區域像素點的校正係數，採集圖片的目標區域像素點各分量與校正係數的乘積作為色彩校正的輸出，其中，校正係數的計算的方法是 取標準圖片當前像素點左右相鄰數個像素點各分量的均值與純白色中紅色、綠色、藍色的比值。上述自動對焦、圖像自動拼接為全自動化控制，只需一個啟動指令即可自動完成對焦的工作，相比人工對焦要精確、快速得多；而光照均衡的處理則是在需要的時候自動進行，以使圖像的光線效果達到最佳。
本發明重點在於提供高精度、高智能化的巖心巖屑圖像採集裝置及圖像採集和處 理的方法，若只改變裝置中各部件的形狀、尺寸、位置或參數，或在本發明裝置基礎上增加 其它附件，或將本發明裝置應用於其它同類領域的不同場合，都應視為侵犯本發明專利的 合法權利。
權利要求
1.一種巖心巖屑圖像採集裝置，包括外殼、機架，在機架內安裝有垂直方向的垂直支架，在垂直支架上安裝有圖像採集頭和燈架，在機架的中上部分安裝有液晶顯示觸控螢幕、數字鍵盤、主控電路系統，主控電路系統還外接PC主機，在機架的中下部分安裝有樣品盒、樣品旋轉機構和樣品移位機構，上述部件中，燈架內包括白光燈管和螢光燈管，圖像採集頭的數據信號端與主控電路系統的攝像數據信號端對應連接，數字鍵盤與液晶顯示觸控螢幕連接，液晶顯示觸控螢幕與主控電路系統的對應埠連接，樣品旋轉機構的控制信號輸入端與主控電路系統的樣品旋轉控制信號輸出端對應連接；其特徵在於在所述燈架內設置有與白光燈管和螢光燈管的電源輸入端連接的燈光轉換裝置，所述燈光轉換裝置的控制信號輸入端與所述主控電路系統的燈光控制信號輸出端對應連接；在所述燈架內安裝有濾鏡和濾鏡移位機構，所述濾鏡位於所述燈架的中間位置，所述濾鏡與所述濾鏡移位機構連接，所述濾鏡移位機構的控制信號輸入端與所述主控電路系統的濾鏡移位控制信號輸出端對應連接；所述樣品移位機構包括水平面內的「X軸」與「Y軸」兩個方向的導軌、「X軸」與「Y軸」兩個方向的步進電機、減速箱，所述「X軸」與「Y軸」兩個方向的步進電機的控制信號輸入端分別與所述主控電路系統的樣品移位控制信號輸出端對應連接。
2.根據權利要求1所述的巖心巖屑圖像採集裝置，其特徵在於所述濾鏡移位機構的結構為濾鏡移位電機的齒輪與齒條相互咬合連接，齒條的一端與所述濾鏡連接，所述濾鏡移位電機的控制信號輸入端與所述主控電路系統的濾鏡移位控制信號輸出端對應連接。
3.根據權利要求1所述的巖心巖屑圖像採集裝置，其特徵在於所述白光燈管和螢光燈管分布於燈架的兩側，每一側均包括數量相同、位置對稱的白光燈管和螢光燈管；每一側的所有燈管所在平面與水平面之間的夾角為45度。
4.根據權利要求1所述的巖心巖屑圖像採集裝置，其特徵在於所述樣品旋轉機構的結構為包括兩根相互平行的膠輥、樣品旋轉電機、皮帶，在兩根膠輥的同一端均設置有齒輪，這兩個齒輪與所述樣品旋轉電機的齒輪形成三角形位置關係，所述兩根膠輥的齒輪與所述樣品旋轉電機的齒輪通過同一條皮帶形成三角形連接，所述樣品旋轉電機的控制信號輸入端與所述主控電路系統的樣品旋轉控制信號輸出端對應連接。
5.根據權利要求1所述的巖心巖屑圖像採集裝置，其特徵在於所述「X軸」與「Y軸」 兩個方向的導軌均為雙導軌。
6.根據權利要求1所述的巖心巖屑圖像採集裝置，其特徵在於在所述液晶顯示觸控螢幕和所述數字鍵盤的下方設置有蜂鳴器，所述蜂鳴器的控制信號輸入端與所述主控電路系統的蜂鳴控制信號輸出端對應連接。
7.—種如權利要求1所述的巖心巖屑圖像採集裝置的圖像採集方法，包括對焦，其特徵在於所述對焦為自動對焦，其方法為(1)程序開始，判斷當前是否啟動自動對焦選項， 若否，則結束不執行自動對焦程序，若是，則進入下一步驟；(2)尋找清晰焦距的方向；(3) 確定調焦方向，清晰焦距的方向為正確方向，若方向不正確，則返回第二步驟繼續尋找清晰焦距的方向，若方向正確，則進入下一步驟；(4)調節焦距；(5)比較當前清晰度是否大於前次調焦清晰度，若大於，則返回第四步驟繼續調節焦距，若小於，則進入下一步驟；(6)進行一次焦距反調，調焦結束。
8.根據權利要求7所述的巖心巖屑圖像採集裝置的圖像採集方法，其特徵在於所述步驟O)的具體方法為先計算出當前圖像的清晰度，再對焦距進行一次拉遠操作，並計算拉遠後圖像的清晰度，然後比較兩次圖像的清晰度，若後一次圖像清晰度大於前一次圖像清晰度，則確定當前調焦方向為清晰焦距方向，否則，再重複上述操作，直到找到清晰焦距方向。
9.一種如權利要求1所述的巖心巖屑圖像採集裝置的圖像處理方法，包括對圖像的光照均衡、色彩校正的方法和對小巖心360度柱面採集的圖像的拼接方法，其特徵在於所述拼接為自動拼接，其方法為(1)程序開始，判斷當前是否退出線程，若沒有，則退出本程序，若是，則進入下一步驟；( 對第一幅圖像進行局部光照均衡；C3)以第一幅圖像做參照，對第二幅圖像進行亮度校正及光照均衡；(3)找兩幅圖像的重疊區域，方法為取第一幅圖片底部一定行數的像素區域，從第二幅圖片的起始行開始進行比較，之後再下移一行， 在該搜索過程中，兩幅圖片的所有像素點差值和最小的像素區域對應的起始行為該重疊區域的起始行；(4)找重疊區域的最佳拼接線，方法為從重疊區域各行第一個像素點開始， 取其與上、下、右像素差值最小的像素點作為下一節點，各路線中差值和最小的路線即為最佳拼接線；(5)依據最佳拼接線移動圖像數據並重新設置待拼接圖像數據；(6)判斷循環是否結束，若不是，則返回第二步驟重新處理，若是，則裁剪最後一幅圖像的重疊圖像，程序結束ο
10.根據權利要求9所述的巖心巖屑圖像採集裝置的圖像採集方法，其特徵在於所述對圖像的光照均衡的方法為在視場區域放置目標和一張白紙片，白紙片位於視場區域右側，白紙片區域選擇為白平衡區域，每次採集視場圖片分割成目標區域和白平衡區域，將採集的第一幅圖像的白平衡區域作為標準白平衡區域，其餘圖像白平衡區域紅色、綠色、藍色各分量所有像素點累加值與標準白平衡區域紅色、綠色、藍色各分量所有像素點累加值的比值作為各圖像目標區域的均衡係數，目標區域像素點各分量與均衡係數的乘積作為光照均衡的輸出，從而實現光照均衡；所述色彩校正方法為首先在視場區域放置的目標為全白標準樣品，並對其採集的圖像作為色彩校正標準圖片，計算目標區域像素點的校正係數， 採集圖片的目標區域像素點各分量與校正係數的乘積作為色彩校正的輸出，其中，校正係數的計算的方法是取標準圖片當前像素點左右相鄰數個像素點各分量的均值與純白色中紅色、綠色、藍色的比值。
全文摘要
本發明公開了一種巖心巖屑圖像採集裝置，包括燈架、主控電路系統和樣品移位機構，在燈架內設置有燈光轉換裝置、濾鏡和濾鏡移位機構，濾鏡與濾鏡移位機構連接；樣品移位機構包括水平面內「X軸」與「Y軸」兩個方向的步進電機、減速箱，上述兩個步進電機以及燈光轉換裝置、濾鏡移位機構的控制信號輸入端分別與主控電路系統的信號輸出端對應連接。本發明還公開了一種巖心巖屑圖像採集方法，通過自動尋找清晰焦距方向並找到最清晰圖像的焦距實現自動調焦。本發明還公開了一種巖心巖屑圖像處理方法，通過依次尋找重疊區域的最佳拼接線完成圖像的自動拼接。本發明的裝置可以採集小巖心(柱塞狀巖心等)和巖屑圖像，且質輕體小、智能化程度高。
文檔編號G01N21/84GK102221550SQ201110142900
公開日2011年10月19日 申請日期2011年5月30日 優先權日2011年5月30日
發明者何海波, 張餘強, 張豫堃, 王松, 龔劍 申請人:成都西圖科技有限公司