一种泥页岩扫描电镜图片孔隙提取方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种泥页岩扫描电镜图片孔隙提取方法及系统。该方法包括：将泥页岩扫描电镜图片转化为8‑bit灰度图；统计灰度图中每一灰度值对应的像素点的数量；构建像素点数量随灰度值变化的曲线；采用高斯分峰拟合法将曲线拟合为有机质峰、主要矿物峰和黄铁矿峰；确定有机质峰最高值所对应的灰度值；将灰度图中高于该灰度值的像素点的灰度值调整为该灰度值；对该灰度图进行边缘提取，得到边缘图；根据原始灰度图和边缘图确定最佳分割阈值；根据最佳分割阈值对原始灰度图进行分割，得到孔隙图；对边缘图中的边缘进行填充；将填充后的边缘图与孔隙图合并，得到最终孔隙图。本发明专利技术能够实现泥页岩扫描电镜图片孔隙的自动提取，且具有提取精度高的特点。

A Method and System for Pore Extraction from Scanning Electron Microscopic Images of Mudstone

【技术实现步骤摘要】
一种泥页岩扫描电镜图片孔隙提取方法及系统
本专利技术涉及一种泥页岩扫描电镜图片孔隙提取方法及系统。
技术介绍
扫描电镜是一种应用高能电子在样品表面进行扫描的技术，它能有效的反应样品表面的形貌特征。二次电子的分辨率一般在5～10nm，在低于表面的区域(如孔隙)，其亮度会较边缘的区域暗一些，且边缘会积累电荷，十分明亮，形成一圈亮边。前人通过人工手绘、阈值法、边缘提取法、分水岭法都可以在一定程度上将孔隙提取出来。但是人工手绘法的结果因为操作人员的地质经验的不同而差异很大，且页岩中小孔隙众多，一张页岩扫描电镜图片中的微小孔隙动辄几千甚至数万个孔隙，工作量巨大(一套连续拍的扫描电镜图能达到几十甚至上千张)，十分耗时，且在手绘过程中操作人员很容易忽略一些微小孔隙。该方法不易处理大量图片，在定性或半定量的页岩孔隙评价中应用广泛。阈值法是一种利用一个灰度值将泥页岩SEM灰度图片分为孔隙和背景区域的方法，由于扫描电镜在孔隙区域颜色较暗。因此可以将灰度低于阈值的区域定为孔隙，将灰度高于阈值的区域定为背景。阈值法由于操作简便，广泛应用于对扫描电镜的处理。但由于页岩中干酪根及暗色矿物的存在，很容易将干酪根与暗色矿物区域识别为孔隙而造成误差(也有学者分区域进行阈值提取)。且一些较浅的大孔，其内部亮度值较高，整体颜色较亮；内部粗糙不平的大孔，其内部明暗不一，很容易将这些亮的区域忽略而造成误差。阈值法分为两种：人工阈值法与自动阈值法。人工阈值法与人工手绘法存在同样的问题：都会由于操作人员地质经验的不同而使得处理结果因人而异。而自动阈值法则不存在这个问题，只要确定了自动阈值的方法后，任何人都能得到同样的处理结果。但是目前自动阈值法的方法众多，但大多数都是应用于材料，生物或是砂岩、碳酸盐岩储层样品，并没有专门应用在页岩样品的自动阈值提取方法。边缘提取法是一种先对图片进行微分处理，找到明暗变化剧烈的边界线并将其提取出来的方法。应用在孔隙提取过程中，还需要对提取出的边界进行填充。边缘提取法可以有效的将孔隙的边缘提取出来，但是在处理大面积的图片过程中，由于干酪根边缘、矿物边缘、样品预处理过程中造成的样品表面粗糙不平(棱角)及污染物的边缘都会被提取出来，从而造成大量误差，且在提取浅孔及倾斜的有棱角的孔隙时，会由于边缘提取不全而在孔隙填充的过程中，不能填充孔隙从而造成误差。分水岭法与边缘提取法类似，都是首先对图片进行微分处理，但分水岭法接下来会将低于一定值的区域找出来，将这些区域分割成一个一个更小的区域，并将这些不同的区域识别为孔隙，但分水岭法与边缘提取法存在类似的问题，干酪根、矿物、预处理及污染物都会造成大量误差，且内部粗糙不同的大孔，分水岭法会将其分割成不同的小孔隙而造成大量误差。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种泥页岩扫描电镜图片孔隙提取方法及系统，能够实现泥页岩扫描电镜图片孔隙的自动提取，且具有提取精度高的特点。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种泥页岩扫描电镜图片孔隙提取方法，包括：将泥页岩扫描电镜图片转化为灰度图，记为第一灰度图；统计所述第一灰度图中每一灰度值对应的像素点的数量；根据每一灰度值对应的像素点的数量构建像素点数量随灰度值变化的曲线；采用高斯分峰拟合法将所述曲线拟合为有机质峰、主要矿物峰和黄铁矿峰；确定所述有机质峰最高值所对应的灰度值，记为第一灰度值；将所述灰度图中高于所述第一灰度值的像素点的灰度值调整为所述第一灰度值，得到第二灰度图；对所述第二灰度图进行边缘提取，得到边缘图；根据所述第一灰度图和所述边缘图确定最佳分割阈值；根据所述最佳分割阈值对所述第一灰度图进行分割，得到孔隙图；对所述边缘图中的边缘进行填充；将填充后的边缘图与所述孔隙图进行合并，得到最终孔隙图。可选的，所述对所述第二灰度图进行边缘提取，具体包括：利用Sobel算子、Prewitt算子、Roberts算子和Canny算子分别对所述第二灰度图进行边缘提取，得到四种算子对应的提取到的边缘图像；将各边缘图像合并。可选的，所述根据所述第一灰度图和所述边缘图确定最佳分割阈值，具体包括：将所述第一灰度图从灰度值0开始，每隔5个灰度值作为阈值进行图像分割，得到孔隙图；将所述孔隙图与所述边缘图进行对比，将落在所述边缘图边缘内的像素点记为Ainside，将落在所述边缘图边缘外的像素点记为Aoutside；确定判别函数Qt＝Ainside/(Qerror)0.5，其中，Qerror＝Aoutside/Ainside；将判别函数最大时的阈值确定为最佳分割阈值。本专利技术还提供了一种泥页岩扫描电镜图片孔隙提取系统，包括：第一灰度图确定模块，用于将泥页岩扫描电镜图片转化为灰度图，记为第一灰度图；像素点数量统计模块，用于统计所述第一灰度图中每一灰度值对应的像素点的数量；曲线构建模块，用于根据每一灰度值对应的像素点的数量构建像素点数量随灰度值变化的曲线；分峰拟合模块，用于采用高斯分峰拟合法将所述曲线拟合为有机质峰、主要矿物峰和黄铁矿峰；第一灰度值确定模块，用于确定所述有机质峰最高值所对应的灰度值，记为第一灰度值；第二灰度图确定模块，用于将所述灰度图中高于所述第一灰度值的像素点的灰度值调整为所述第一灰度值，得到第二灰度图；边缘图确定模块，用于对所述第二灰度图进行边缘提取，得到边缘图；最佳分割阈值确定模块，用于根据所述第一灰度图和所述边缘图确定最佳分割阈值；孔隙图确定模块，用于根据所述最佳分割阈值对所述第一灰度图进行分割，得到孔隙图；填充模块，用于对所述边缘图中的边缘进行填充；最终孔隙图确定模块，用于将填充后的边缘图与所述孔隙图进行合并，得到最终孔隙图。可选的，所述边缘图确定模块，具体包括：边缘提取单元，用于利用Sobel算子、Prewitt算子、Roberts算子和Canny算子分别对所述第二灰度图进行边缘提取，得到四种算子对应的提取到的边缘图像；边缘合并单元，用于将各边缘图像合并。可选的，所述最佳分割阈值确定模块，具体包括：初始分割单元，用于将所述第一灰度图从灰度值0开始，每隔5个灰度值作为阈值进行图像分割，得到孔隙图；对比单元，用于将所述孔隙图与所述边缘图进行对比，将落在所述边缘图边缘内的像素点记为Ainside，将落在所述边缘图边缘外的像素点记为Aoutside；判别函数确定单元，用于确定判别函数Qt＝Ainside/(Qerror)0.5，其中，Qerror＝Aoutside/Ainside；最佳分割阈值确定单元，用于将判别函数最大时的阈值确定为最佳分割阈值。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供的泥页岩扫描电镜图片孔隙提取方法及系统，首先，将泥页岩扫描电镜图片转化为灰度图，统计灰度图中每一灰度值对应的像素点的数量，然后，根据每一灰度值对应的像素点的数量构建像素点数量随灰度值变化的曲线，采用高斯分峰拟合法将所述曲线拟合为有机质峰、主要矿物峰和黄铁矿峰，确定所述有机质峰最高值所对应的灰度值，记为第一灰度值，将高于第一灰度值的像素点的灰度值调整为所述第一灰度值。经上述预处理后，克服了阈值法、边缘提取法及分水岭法广泛存在的由干酪根、矿物及污染物带来的干扰，提高了孔隙提取精度。本专利技术确定了最佳分割阈值，并将边缘提取法所得孔隙与最佳分割阈值所得孔隙进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种泥页岩扫描电镜图片孔隙提取方法，其特征在于，包括：将泥页岩扫描电镜图片转化为8‑bit灰度图，记为第一灰度图；统计所述第一灰度图中每一灰度值对应的像素点的数量；根据每一灰度值对应的像素点的数量构建像素点数量随灰度值变化的曲线；采用高斯分峰拟合法将所述曲线拟合为有机质峰、主要矿物峰和黄铁矿峰；确定所述有机质峰最高值所对应的灰度值，记为第一灰度值；将所述灰度图中高于所述第一灰度值的像素点的灰度值调整为所述第一灰度值，得到第二灰度图；对所述第二灰度图进行边缘提取，得到边缘图；根据所述第一灰度图和所述边缘图确定最佳分割阈值；根据所述最佳分割阈值对所述第一灰度图进行分割，得到孔隙图；对所述边缘图中的边缘进行填充；将填充后的边缘图与所述孔隙图进行合并，得到最终孔隙图。

【技术特征摘要】
1.一种泥页岩扫描电镜图片孔隙提取方法，其特征在于，包括：将泥页岩扫描电镜图片转化为8-bit灰度图，记为第一灰度图；统计所述第一灰度图中每一灰度值对应的像素点的数量；根据每一灰度值对应的像素点的数量构建像素点数量随灰度值变化的曲线；采用高斯分峰拟合法将所述曲线拟合为有机质峰、主要矿物峰和黄铁矿峰；确定所述有机质峰最高值所对应的灰度值，记为第一灰度值；将所述灰度图中高于所述第一灰度值的像素点的灰度值调整为所述第一灰度值，得到第二灰度图；对所述第二灰度图进行边缘提取，得到边缘图；根据所述第一灰度图和所述边缘图确定最佳分割阈值；根据所述最佳分割阈值对所述第一灰度图进行分割，得到孔隙图；对所述边缘图中的边缘进行填充；将填充后的边缘图与所述孔隙图进行合并，得到最终孔隙图。2.根据权利要求1所述的泥页岩扫描电镜图片孔隙提取方法，其特征在于，所述对所述第二灰度图进行边缘提取，具体包括：利用Sobel算子、Prewitt算子、Roberts算子和Canny算子分别对所述第二灰度图进行边缘提取，得到四种算子对应的提取到的边缘图像；将各边缘图像合并。3.根据权利要求1所述的泥页岩扫描电镜图片孔隙提取方法，其特征在于，所述根据所述第一灰度图和所述边缘图确定最佳分割阈值，具体包括：将所述第一灰度图从灰度值0开始，每隔5个灰度值作为阈值进行图像分割，得到孔隙图；将所述孔隙图与所述边缘图进行对比，将落在所述边缘图边缘内的像素点记为Ainside，将落在所述边缘图边缘外的像素点记为Aoutside；确定判别函数Qt＝Ainside/(Qerror)0.5，其中，Qerror＝Aoutside/Ainside；将判别函数最大时的阈值确定为最佳分割阈值。4.一种泥页岩扫描电镜图片孔隙提取系统，其特征在于，包括：第一灰度图确定模块，用于将泥页岩扫描电镜图片转化为灰度图，记为第一灰度图；像素点数量统计模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛海涛，田善思，曾芳，卢双舫，赵日新，王民，李吉君，陈方文，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37