一种利用CT图像精确计算煤岩密度的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用CT图像精确计算煤岩密度的方法，包括如下步骤：通过CT扫描获取煤岩的整体密度，并通过校准，获取整体煤岩的密度，并通过测量获得整块煤岩的准确质量，计算获得煤岩样品的整体体积；通过CT扫描获取的图像特征得到煤岩样品的孔隙结构特征，并根据CT图像提取孔隙结构的体积，计算获得煤岩的真实体积V0；通过密度计算公式根据体积和质量计算实际的准确密度；解决了如何通过CT扫描的数据和图像准确获取煤岩密度的精度问题，而且还能够根据需求对获得的结果进行精度控制，满足多种精度以及多种组分密度精度的需求。

A method for accurate calculation of coal and rock density using CT images

The invention discloses a method for accurately calculating the density of coal and rock using CT images, including the following steps: obtaining the overall density of coal and rock through CT scanning, obtaining the overall density of coal and rock through calibration, obtaining the accurate quality of whole coal and rock through measurement, calculating the overall volume of coal and rock samples, and obtaining the overall density through CT scanning. The pore structure characteristics of coal and rock samples are obtained by the image features, and the volume of pore structure is extracted according to CT images, and the real volume V0 of coal and rock is calculated; the actual accurate density is calculated according to volume and quality by density calculation formula; and how to obtain the precision of coal and rock density accurately by CT scanning data and image is solved. Degree problem, but also according to the needs of the results obtained precision control, to meet the needs of a variety of precision and density of a variety of components.

【技术实现步骤摘要】
一种利用CT图像精确计算煤岩密度的方法
本专利技术涉及CT测量
，具体为一种利用CT图像精确计算煤岩密度的方法。
技术介绍
CT(ComputedTomography)，即电子计算机断层扫描，它是利用精确准直的X线束、γ射线、超声波等，与灵敏度极高的探测器一同围绕某一部位作一个接一个的断面扫描，具有扫描时间快，图像清晰等特点。CT图像是以不同的灰度来表示，反映各种结构对X线的吸收程度。因此，与X线图像所示的黑白影像一样，黑影表示低吸收区，即低密度区；白影表示高吸收区，即高密度区。但是CT与X线图像相比，CT的密度分辨力高，即有高的密度分辨力。因此，即使是相邻结构的密度差别比较小，其具体的吸收系数相近，也能形成对比而成像，而且在煤岩结构中还可能含有不定量的夹层水或者孔隙水等，普通的X线图像由于吸收系数接近于水，无法形成对比成像，而CT可以，这是CT的突出优点。而CT技术应用在工业中，虽然存在着很多优点，在目前的技术方案中得到了较为广泛的应用，但是也由于其使用方案上的缺陷，仍然存在着不少的缺陷。如在以下现有技术中，就分别体现了其具体的优缺点：(1)申请号为200810201670.4公开的CT薄层超高分辨率图像密度的转换方法，具体是通过CT扫描获取超高分辨率CT图像，计算所述CT扫描图像中每个像素所对应的最大密度值，其具体的是通过密度的分布实现CT获得密度。但是在该技术方案中仅仅能够获得密度分布，获取三维结构上CT扫描不见的图像转换，并不能获取整体的密度。(2)申请号为201610237541.5公开的一种工业CT分析物体密度及密度分布的方法，通过将已知密度的参考物和被测物体一起置于检测台，参考物与被测物体距检测台中心距离一致，通过对两者进行阵列扫描，通过获取的灰度分析，并基于灰度计算被测物体的密度值，但是该技术方案是基于现有已知物体的准确密度进行对比获取的，其计算的密度跟已知物体是有很大关系的，但是如何保证现有已知密度的物体不变，在操作中也难以确定。(3)申请号为201610846458.8公布了一种甲状腺CT图像异常密度的检测方法，该技术方案虽然能够通过CT扫描自动获取甲状腺异常密度的区域，但是在实际的密度确定中，仍然存在缺陷，不能够准确的获取被测物体的密度。综上所述，就是在现有技术手段中，通过CT获取密度的对比和密度分布是非常简单的，但是在密度的实际准确获取中却存在着不小的缺陷，而这正是本申请中需要解决的问题。在煤岩工业中，获取煤岩的实际密度是十分重要的，为煤岩的密度会因为煤种的不同其密度也会不同，受所含水分和空气的湿度影响较大，因此，在生产或者科研中，进行煤岩密度的获取是十分有必要的。
技术实现思路
为了克服现有技术方案的不足，本专利技术提供一种利用CT图像精确计算煤岩密度的方法，不仅解决了如何通过CT扫描的数据和图像准确获取煤岩密度的精度问题，而且还能够根据需求对获得的结果进行精度控制，满足多种精度以及多种组分密度精度的需求，能有效的解决
技术介绍
提出的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种利用CT图像精确计算煤岩密度的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤100、通过CT扫描获取煤岩的整体密度，并通过校准，获取整体煤岩的密度，并通过测量获得整块煤岩的准确质量，计算获得煤岩样品的整体体积；步骤200、通过CT扫描获取的图像特征得到煤岩样品的孔隙结构特征，并根据CT图像提取孔隙结构的体积，计算获得煤岩的真实体积V0；步骤300、通过密度计算公式根据体积和质量计算实际的准确密度。作为本专利技术一种优选的技术方案，在步骤100中，还包括：根据每个体素对应的CT值计算相应的体素密度，将体素平均质量与体素密度作比得到体素体积，累计求和获得总体积。作为本专利技术一种优选的技术方案，将该体积与步骤100中获得的体积进行对比，当体积比大于设定的阈值将重复上述步骤，直至两者的比值低于设定的阈值。作为本专利技术一种优选的技术方案，煤岩样品的体积计算公式为V＝m/CT，其中m为煤岩的已知精确质量，并且煤岩的质量通过电子天秤称量获得，保留五位有效数字。作为本专利技术一种优选的技术方案，在步骤200中，获得煤岩样品的孔隙特征结构的具体步骤为步骤201、利用CT扫描系统扫描煤岩得出二维灰度图像，运用三维重建软件利用二维灰度图像构建三维重建模型；步骤202、对三维重建模型内部不同显微组分和矿物质材料进行分组以及统计不同组分材料的体积比；步骤203、根据煤岩样品的总体积和体积比，获得各个不同组分的体积Vi。作为本专利技术一种优选的技术方案，在步骤200中，所述孔隙结构特征包括孔隙和喉道的几何参数，并且真实体积V0的计算公式为V0＝V-S0，其中，S0表示未充填孔隙。作为本专利技术一种优选的技术方案，在步骤201中，直接通过CT图像进行边界识别，获取各个组分的边界和体积，在三维重建模型中通过已经获得边界和体积进行准确的模型的重建。作为本专利技术一种优选的技术方案，在步骤200中，还包括另外一种计算煤岩密度的方法，其具体的步骤为：通过煤岩精确质量m、不同组分材料体积Vi及煤岩弹性模量E来计算不同组分材料的密度ρij，并根据测得不同组分的密度和体积计算各个组分的质量，在去除不同组分的体积和质量后通过密度公式获得煤岩的密度。作为本专利技术一种优选的技术方案，煤岩弹性模量E的测试方法为：对煤岩试件分别以横波和纵波穿过煤岩，记录下横波及纵波穿过煤岩的时间，再结合煤岩的长和宽计算出横波及纵波的波速，通过煤岩的密度计算得到煤岩的弹性模量E。作为本专利技术一种优选的技术方案，计算煤岩弹性模量E的密度为步骤300中计算的密度，并且通过步骤200中另外一种方法获得密度进行相关系数验证。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术基于CT扫描的数据和图像，通过多种计算和建模，不仅解决了如何通过CT扫描的数据和图像准确获取煤岩密度的精度问题，而且还能够根据需求对获得的结果进行精度控制，满足多种精度以及多种组分密度精度的需求。附图说明图1为本专利技术的流程结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，本专利技术提供了一种利用CT图像精确计算煤岩密度的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤100、通过CT扫描获取煤岩的整体密度，并通过校准，获取整体煤岩的密度，并通过测量获得整块煤岩的准确质量，计算获得煤岩样品的整体体积。通过CT扫描获得煤岩的整体密度，这个密度应当这样理解，它具体指的是煤岩的整体密度，也就是包括了煤岩骨架、孔隙以及充填在孔隙中流体和煤岩骨架中的各种矿物质，因此，它本质上不是煤岩的精确密度，而是一个含有杂质的粗略密度，是煤岩样品整个样品的密度。在上述步骤中，还包括：根据每个体素对应的CT值计算相应的体素密度，将体素平均质量与体素密度作比得到体素体积，累计求和获得总体积。在上述步骤中通过每个体素对应的CT值计算体素密度，就相当于在已知的CT扫描值中通过积分的方式获得整个体素的密度，其中，体素指的煤岩的一个单元，而这个单元的划分可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用CT图像精确计算煤岩密度的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤100、通过CT扫描获取煤岩的整体密度，并通过校准，获取整体煤岩的密度，并通过测量获得整块煤岩的准确质量，计算获得煤岩样品的整体体积；步骤200、通过CT扫描获取的图像特征得到煤岩样品的孔隙结构特征，并根据CT图像提取孔隙结构的体积，计算获得煤岩的真实体积V0；步骤300、通过密度计算公式根据体积和质量计算实际的准确密度。

【技术特征摘要】
1.一种利用CT图像精确计算煤岩密度的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤100、通过CT扫描获取煤岩的整体密度，并通过校准，获取整体煤岩的密度，并通过测量获得整块煤岩的准确质量，计算获得煤岩样品的整体体积；步骤200、通过CT扫描获取的图像特征得到煤岩样品的孔隙结构特征，并根据CT图像提取孔隙结构的体积，计算获得煤岩的真实体积V0；步骤300、通过密度计算公式根据体积和质量计算实际的准确密度。2.根据权利要求1所述的一种利用CT图像精确计算煤岩密度的方法，其特征在于，在步骤100中，还包括：根据每个体素对应的CT值计算相应的体素密度，将体素平均质量与体素密度作比得到体素体积，累计求和获得总体积。3.根据权利要求1所述的一种利用CT图像精确计算煤岩密度的方法，其特征在于，将该体积与步骤100中获得的体积进行对比，当体积比大于设定的阈值将重复上述步骤，直至两者的比值低于设定的阈值。4.根据权利要求1所述的一种利用CT图像精确计算煤岩密度的方法，其特征在于，煤岩样品的体积计算公式为V＝m/CT，其中m为煤岩的已知精确质量，并且煤岩的质量通过电子天秤称量获得，保留五位有效数字。5.根据权利要求1所述的一种利用CT图像精确计算煤岩密度的方法，其特征在于，在步骤200中，获得煤岩样品的孔隙特征结构的具体步骤为：步骤201、利用CT扫描系统扫描煤岩得出二维灰度图像，运用三维重建软件利用二维灰度图像构建三维重建模型；步骤202、对三维重建模型内部不同显微组分和矿物质材料进行分组以...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡益栋，李夏伟，刘大锰，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11