一种基于空间域相位校正的孔隙成像方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供的基于空间域相位校正的孔隙成像方法及装置，对构建的相位对于投影数据的干扰模型建立空间域的离散化算子方程，并通过吉洪诺夫正则化方法及迭代法对所述离散化算子方程进行求解，得到了具有较高分辨率、结果稳定及收敛速度较快的成像结果，实现提高样品孔隙成像的分辨率、降低相位信息干扰以及减小相对误差的目的，能够对样品的纳米级孔喉、毫米‑微米级孔隙进行较为精细的刻画。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及地球物理探测
，具体而言，涉及一种基于空间域相位校正的孔隙成像方法及装置。
技术介绍
近年来，微纳CT技术更广泛的应用于包括地质、地球化学、地球物理等领域，以页岩为例，由于其特殊的页岩油气存储方式，对于其内部纳米级孔喉分布的状况的研究极为重要。传统的方法很难无损的实现页岩微纳孔隙研究，即使是用X射线扫描也存在分辨率不够、信噪比低及弱吸收物体难成像等问题，而且当物体与检测器有一定距离时，会存在严重的相位干扰问题。目前利用相位信息对X射线投影数据进行处理的方法多采用频率域的滤波方法，该种方法通过滤波函数消除相位影响，其结果存在成像分辨率有限、易受局部值干扰以及结果不稳定等问题，很难精确地实现页岩的微纳孔隙研究。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于空间域相位校正的孔隙成像方法及装置。一方面，本专利技术较佳实施例提供一种基于空间域相位校正的孔隙成像方法，该方法包括：对样品进行X射线扫描，得到该样品的投影数据；利用所述X射线的光强传输方程构造相位对于所述投影数据的干扰模型；对所述干扰模型进行空间域的离散化处理，得到该干扰模型的空间域离散化算子方程；对所述空间域离散化算子方程进行正则化，以建立需要最小化的目标函数，并预设该目标函数中正则化因子的初始值；建立基于先验噪声和所述正则化因子的偏差方程；将所述投影数据及正则化因子的初始值作为输入数据代入所述目标函数对应的欧拉方程，并利用牛顿法对该欧拉方程及所述偏差方程进行迭代求解，以实现对所述正则化因子的后验迭代选取，最后再根据后验迭代选取后得到的所述正则化因子的最终值得到相位校正后的投影数据；利用滤波反投影算法对所述相位校正后的投影数据进行处理，得到所述样品的图像。另一方面，本专利技术较佳实施例提供一种基于空间域相位校正的孔隙成像装置，该装置包括：投影数据获取模块，用于对样品进行X射线扫描，得到该样品的投影数据；干扰模型构造模块，用于利用所述X射线的光强传输方程构造相位对于所述投影数据的干扰模型；空间域离散化处理模块，用于对所述干扰模型进行空间域的离散化处理，得到该干扰模型的空间域离散化算子方程；正则化处理模块，用于对所述空间域离散化算子方程进行正则化，以建立需要最小化的目标函数，并预设该目标函数中正则化因子的初始值；偏差方程构建模块，用于建立基于先验噪声和所述正则化因子的偏差方程；迭代求解模块，用于将所述投影数据及正则化因子的初始值作为输入数据代入所述目标函数对应的欧拉方程，并利用牛顿法对该欧拉方程及所述偏差方程进行迭代求解，以实现对所述正则化因子的后验迭代选取，最后再根据后验迭代选取后得到的所述正则化因子的最终值得到相位校正后的投影数据；图像显示模块，用于利用滤波反投影算法对所述相位校正后的投影数据进行处理，得到所述样品的图像。本专利技术较佳实施例提供的基于空间域相位校正的孔隙成像方法及装置，通过对样品的X射线扫描投影数据进行空间域的相位校正，实现提高样品孔隙成像的分辨率、降低相位信息干扰以及减小相对误差的目的，同时该种投影数据处理方式具有较佳的抗噪声性能和较快的收敛速度，更易识别样品内部的微细结构，能够对样品的纳米级孔喉、毫米-微米级孔隙进行较为精细的刻画。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术较佳实施例提供的用于实现基于空间域相位校正的孔隙成像方法的数据处理设备与光强检测器的示意性连接框图；图2为本专利技术较佳实施例提供的基于空间域相位校正的孔隙成像方法的流程图；图3为本专利技术较佳实施例提供的基于空间域相位校正的孔隙成像装置的功能模块框图。附图标记：具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。如图1所示，是本专利技术较佳实施例提供的数据处理设备100与光强检测器200的示意性连接框图。所述数据处理设备100可以是计算机或其他任意能够实现数据计算的设备，具体地，该数据处理设备100包括存储器110、处理器120以及基于空间域相位校正的孔隙成像装置130。所述存储器110、处理器120、光强检测器200相互之间通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。所述基于空间域相位校正的孔隙成像装置130包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器110中或固化在所述数据处理设备100的操作系统(operatingsystem，OS)中的软件功能模块。所述处理器120用于执行存储器110中存储的可执行模块，例如所述基于空间域相位校正的孔隙成像装置130包括的软件功能模块或计算机程序。存储器110可以是，但不限于，随机存取存储器、只读存储器、可编程只读存储器、可擦除只读存储器等。所述存储器110用于存储程序，所述处理器120在接收到执行指令后，执行所述程序，下述本专利技术实施例揭示的流过程定义的数据处理设备100所执行的方法可以应用于处理器120中，或者由处理器120实现。处理器120可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力，如中央处理器、微处理器等，可以实现或者执行本专利技术实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。请参阅图2，是本专利技术较佳实施例提供的使用所述数据处理设备100及检测器实现的基于空间域相位校正的孔隙成像方法的流程图。所应说明的是，本专利技术所述的基于空间域相位校正的孔隙成像方法并不以图2及以下所述的具体顺序为限制。下面将对图2所示的具体流程进行详细描述。步骤S101，对样品进行X射线扫描，得到该样品的投影数据。较佳地，在实验室条件下对样品进行X射线扫描，得到包含相位信息的原始投影数据。所述样品是指岩石样品，如可以是页岩样品，但不限制于此。该原始投影数据受实验室条件下的噪声、X射线光源的亮暗场噪声、装置位置偏移以及一些无法预知的噪声的干扰，存在一定的误差。其中，X射线光源的亮暗场噪声和装置位置偏移这两种干扰因素可以通过对原始投影数据的去噪校正处理来降低其带来的误差。基于此，本实施例中，所得到的投影数据为对所述原始投影数据进行去噪校正处理后的数据。步骤S103，利用所述X射线的光强传输方程构造相位对于所述投影数据的干扰模型。考虑到样品内部的孔隙结构可能复杂多样，在具体操作中，首先根据X射线的光强及样品的先验信息选定相位移动吸收比。所述先验信息包括所述样品主要成分的线性吸收系数和吸收边信息，并对该相位移动吸收比做单一性假设，再根据X射线的光强和光强传播方程TIE构造相位对于投影数据的干扰模型，表示为：其中，表示在实验室条件下对所述样品进行X射线扫描后得到的去噪校正后的投影数据，为X射线透过所述样品后光强检测器200记录的剩余光强，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于空间域相位校正的孔隙成像方法，其特征在于，该方法包括：对样品进行X射线扫描，得到该样品的投影数据；利用所述X射线的光强传输方程构造相位对于所述投影数据的干扰模型；对所述干扰模型进行空间域的离散化处理，得到该干扰模型的空间域离散化算子方程；对所述空间域离散化算子方程进行正则化，以建立需要最小化的目标函数，并预设该目标函数中正则化因子的初始值；建立基于先验噪声和所述正则化因子的偏差方程；将所述投影数据及正则化因子的初始值作为输入数据代入所述目标函数对应的欧拉方程进行求解，并利用牛顿法对所述偏差方程进行迭代求解，以实现对所述正则化因子的后验迭代选取，最后再根据后验迭代选取后得到的所述正则化因子的最终值得到相位校正后的投影数据；利用滤波反投影算法对所述相位校正后的投影数据进行处理，得到所述样品的图像。

【技术特征摘要】
1.一种基于空间域相位校正的孔隙成像方法，其特征在于，该方法包括：对样品进行X射线扫描，得到该样品的投影数据；利用所述X射线的光强传输方程构造相位对于所述投影数据的干扰模型；对所述干扰模型进行空间域的离散化处理，得到该干扰模型的空间域离散化算子方程；对所述空间域离散化算子方程进行正则化，以建立需要最小化的目标函数，并预设该目标函数中正则化因子的初始值；建立基于先验噪声和所述正则化因子的偏差方程；将所述投影数据及正则化因子的初始值作为输入数据代入所述目标函数对应的欧拉方程进行求解，并利用牛顿法对所述偏差方程进行迭代求解，以实现对所述正则化因子的后验迭代选取，最后再根据后验迭代选取后得到的所述正则化因子的最终值得到相位校正后的投影数据；利用滤波反投影算法对所述相位校正后的投影数据进行处理，得到所述样品的图像。2.根据权利要求1所述的基于空间域相位校正的孔隙成像方法，其特征在于，利用所述X射线的光强传输方程构造相位对于所述投影数据的干扰模型的步骤包括：根据所述X射线的光强及所述样品的先验信息选定相位移动吸收比，并对所述相位移动吸收比作单一性假设，得到相位对于所述投影数据的干扰模型，表示为：其中，为对所述样品进行X射线扫描后得到的投影数据，为X射线透过所述样品后检测器记录的剩余光强，Iin为X射线的入射光强，error为环境噪声，f＝e-μT(r)表示相位校正投影数据，d为所述样品与所述检测器之间的距离，δ为所述样品的相位因子，为拉普拉斯算子，μ为所述样品的线性吸收系数，T(r)为所述样品的投影厚度，r表示所述样品在投影平面的几何坐标。3.根据权利要求2所述的基于空间域相位校正的孔隙成像方法，其特征在于，对所述干扰模型进行空间域的离散化处理，得到该干扰模型的空间域离散化算子方程的步骤包括：对中的在空间域采用周围五点进行加权表达，得出的空间域离散化表达形式：∂2fi,j∂x2≈∂2f∂x2=1(Δx)2(a1fi,j+a2fi+1,j+a3fi+2,j+a4fi-1,j+a5fi-2,j)∂2fi,j∂y2≈∂2f∂y2=1(Δy)2(a1fi,j+a2fi,j+1+a3fi,j+2+a4fi,j-1+a5fi,j-2)]]>其中，i,j表示不同方向的网格点；将所述干扰模型中的设置为所述的空间域离散化表达形式，得到所述干扰模型的空间域离散化算子方程ue＝Af+error，其中A为空间域离散化算子。4.根据权利要求3所述的基于空间域相位校正的孔隙成像方法，其特征在于，对所述空间域离散化算子方程进行正则化的步骤包括：对所述空间域离散化算子方程采用吉洪诺夫正则化方法建立需要最小化的目标函数：其中，为目标函数，u表示含有相位信息的投影数据，α为正则化因子且α>0；所述目标函数对应的欧拉方程为：(A*A+αI)(fα-f0)=A*(ue-Af0)(A*A+αI)fα′=-fα]]>其中A*表示A的伴随矩阵，fα表示根据当前正则化因子α计算出的相位校正投影数据f，f′α为fα的一阶导数，f0为预设常量，I为单位矩阵。5.根据权利要求4所述的基于空间域相位校正的孔隙成像方法，其特征在于，所述基于先验噪声和正则化因子的偏差方程为：其中，e代表所述先验噪声且为预设常量，α代表所述正则化因子，且||error||≤e≤||ue||。6.根据权利要求5所述的基于空间域相位校正的孔隙成像方法，其特征在于，对所述正则化因子进行后验迭代选取时所采用的迭代式为：其中参量k表示迭代次数，αk表示第k次迭代时的正则化因子，αk+1表示第k+1次迭代时的正则化因子，(·,·)表示内积。...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彦飞，唐巍，
申请(专利权)人：中国科学院地质与地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11